Автор: Сухих В.И.
Теги: лесная таксация прирост, ход роста и состав лесонасаждений лесоэксплуатация лесное хозяйство
ISBN: 5-8158-0457-6
Год: 2005
Текст
В.И. Сухих
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
I В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
I И ЛАНДШАФТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.И. Сухих
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЛЕСНОМ
ХОЗЯЙСТВЕ И ЛАНДШАФТНОМ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Допущено УМО по образованию в области лесного дела
Министерства образования и науки Российской Федерации
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальностям «Лесное хозяйство»
и «Садово-парковое и ландшафтное строительство»
направления «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»
Йошкар-Ола
2005
УДК 630*587
ББК 43.904
С 91
Рецензенты:
кафедра лесоустройства и охраны леса Московского государст-
венного университета леса;
заведующий лабораторией лесоустройства и многоцелевого лесо-
пользования ФГУ ВНИИЛМ, доктор сельскохозяйственных наук
В. С. Чернявский
Сухих В.И.
С 91 Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном
строительстве: Учебник. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. - 392 с.
ISBN 5-8158-0457-6
Дано описание технических средств и методов проведения аэрокосми-
ческих съемок и природных условий, в которых они выполняются. Рас-
смотрены геометрические свойства материалов аэрокосмических съемок,
теоретические и методические основы визуального, измерительного и ав-
томатизированного методов их дешифрирования. Описано использование
аэрокосмических методов при инвентаризации лесов; составлении лесных
карт; устройстве рекреационных лесов (лесопарков); охране лесов от по-
жаров, защите их от вредителей и болезней; проведении различных видов
обследования лесов и оценке происходящих в них изменений; выполне-
нии некоторых видов лесохозяйственных работ в лесу.
Для студентов лесохозяйственных и лесоинженерных факультетов,
преподавателей вузов и техникумов, научных работников, лесоустроите-
лей, работников лесного хозяйства, экологов.
УДК 630*587
ББК 43.904
ISBN 5-8158-0457-6
©Марийский государственный
технический университет, 2005
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дисциплина «Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ланд-
шафтном строительстве» - составная часть федерального компонента
программы подготовки инженеров по специальностям «Лесное хозяйст-
во», «Садово-парковое и ландшафтное строительство» и «Природополь-
зование», знание её необходимо будущим специалистам. Время ее пре-
подавания при различных формах обучения неодинаково, однако ос-
новное содержание курса, изложенное в данном учебнике, подлежит
изучению студентами как очного, так и заочного обучения.
Данное издание разработано на основе учебников «Применение аэ-
рофотосъемки и авиации в лесном хозяйстве» (Г.Г. Самойлович, 1964),
«Лесная авиация и аэрофотосъемка» (И.Д. Дмитриев, Е.С. Мурахтанов,
В.И. Сухих, 1989), рукописного учебного пособия «Аэрокосмические
средства и методы исследования лесных ресурсов на базе ГИС техноло-
гий» (В.И. Сухих, В.М. Жирин, А.В. Шаталов, 1999) и его электронной
версии (2000), подготовленной при участии С.И. Чумаченко, учебников
«Фотограмметрия» (А.И. Обиралов, А.Н. Лимонов, Л.А. Гаврилов,
2002), «Аэрокосмические методы географических исследований» (Л.Е.
Смирнов, 1975), «Охрана лесов» (Е.А. Щетинский,2001), учебных посо-
бий «Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обра-
ботка изображений» (В.Б. Кашкин, А.И. Сухинин, 2001), «Теория и
практика цифровой обработки изображений» (И.К. Лурье, А.Г. Косиков,
2003) и другой литературы, приведенной в библиографическом списке.
При составлении учебника учитывалось, что определенный объем зна-
ний, необходимый студентам для усвоения данной дисциплины, получен
ими в процессе изучения в предшествующий период лесоводства, лесной
таксации, лесоустройства, геодезии, физики, математики, начертательной
геометрии, геоинформатики, метеорологии и других дисциплин, препода-
ваемых студентам лесохозяйственных факультетов в вузах страны. Неко-
торые вопросы (методы составления планово-картографических материа-
лов, применение аэрокосмических методов при агро- и гидролесомелиора-
ции, лесозащите, в лесоводстве, лесокультурном деле и некоторые другие)
в учебнике изложены в сжатом виде, так как они должны более подробно
освещаться при чтении курсов лекций по профильным дисциплинам с ис-
пользованием приводимого в данном учебнике материала.
Учебник подготовлен доктором сельскохозяйственных наук, про-
фессором В.И. Сухих (предисловие, главы 1-9, 11-15). Глава 10 написа-
на кандидатом сельскохозяйственных наук А.В. Шаталовым. В подго-
товке отдельных разделов пособия и части рисунков принимал участие
доктор сельскохозяйственных наук В.М. Жирин.
з
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ
В России сосредоточена пятая часть лесных ресурсов мира. Значе-
ние наших лесов в решении экологических, биосферных и экономиче-
ских проблем, стоящих как перед страной, так и мировым сообществом,
исключительно велико. Но леса в условиях все возрастающего разно-
стороннего антропогенного воздействия на них могут обеспечить вы-
полнение названных выше проблем лишь при условии сохранения их
экологического и ресурсного потенциала. Поэтому важнейшей задачей
современности является устойчивое управление лесами, обеспечиваю-
щее многоцелевое неистощительное лесопользование, охрану, защиту и
воспроизводство лесов.
Для устойчивого эффективного управления лесами органам лесного
и лесопаркового хозяйства необходима объективная информация о со-
стоянии и динамике лесных экосистем. Для получения информации
ежегодно на обширных территориях проводят лесоустройство, инвента-
ризацию и картографирование лесов, осуществляют комплекс меро-
приятий по охране их от пожаров, защите от вредителей и болезней,
слежению за многоцелевым лесопользованием и воспроизводством ле-
сов.
При выполнении перечисленных задач широко используются аэро-
космические методы - авиация, материалы аэро- и космических съемок
и методы, основанные на их применении. Они стали надежной техниче-
ской основой российского лесоустройства, охраны лесов от пожаров,
борьбы с вредителями и болезнями, лесопатологических и иных лесохо-
зяйственных обследований, инвентаризации и картографирования объ-
ектов рекреационного лесопользования и садово-паркового хозяйства,
при проведении научных исследований, используются на транспортных
работах. Создаваемая Государственной лесной службой страны ком-
плексная система мониторинга состояния и динамики лесов базируется
на аэрокосмических методах, и создание такой системы в нашей много-
лесной стране без них было бы просто невозможно.
Аэрометоды в лесном хозяйстве России и других стран начали при-
меняться в 20-х гг., а материалы дистанционного зондирования Земли
из космоса - в 70-х гг. прошлого столетия.
Внедрение аэрокосмических методов обеспечило решение ряда важ-
нейших задач, стоявших перед лесным и народным хозяйством страны в
двадцатом столетии. Это, прежде всего, изучение и картографирование
лесов на всей территории страны и периодическое обновление данных
изученности. До начала использования аэрометодов (20-е годы XX сто-
4
летия) лесной фонд России был изучен лесоустройством менее чем на
10 % его территории. К середине 50-х годов (фактически за 25 лет, если
исключить годы войны) первичное изучение лесов завершено на всей
площади СССР, в том числе лесоустройством - на 236,7 млн. га (21 %) и
на основе аэровизуального и аэротаксационного обследования - на 894,4
млн. га. В 1956 г. впервые в истории составлены и изданы: Карта лесов
СССР (масштаб 1:2 500 000), учет лесного фонда, а позднее (в 1973 г.) и
Атлас лесов СССР. В дальнейшем значительная часть лесного фонда,
изученного аэровизуальными (аэротаксационными) методами, была
пройдена лесоустройством. В настоящее время площадь лесного фонда
России, на которой проведено лесоустройство и осуществлена натурная
организация территории с прорубкой квартальных просек и граничных
линий, составляет 740 млн. га. На всю территорию зоны лесоустройства
составлены серии детальных тематических карт лесов (масштабы
1:10000 - 1:25000) и комплекс проектных лесоустроительных материа-
лов по организации и ведению лесохозяйственной и средозащитной
деятельности. Кроме того, на 370 млн. га лесной фонд северных
районов, обследованный 50 лет назад аэровизуальными методами, по-
вторно (в 1978-2004 гг.) изучен фотостатистическим методом на основе
дешифрирования космических фотоснимков с составлением картогра-
фических материалов в масштабах 1:50000 - 1:100000 и обобщенных
проектных материалов. На площади лесного фонда, изученного лесо-
устройством (740 млн. га), ежегодно на десятках млн. га проводятся
повторные лесоустроительные работы.
Таким образом, благодаря аэрокосмическим методам создано ин-
формационное обеспечение, необходимое для организации лесного хо-
зяйства и многоцелевого лесопользования. Материалы изученности
лесного фонда позволили также осуществлять комплексные многопла-
новые исследования в интересах как лесоведения и лесного хозяйства,
так и многих других отраслей знаний - от биосферных до социально-
экономических. В частности, они составляют основу при изучении и
оценке глобальных процессов, происходящих в северном полушарии,
связанных с депонированием и эмиссией углерода - с крупнейшей эко-
логической и социально-экономической проблемой современного миро-
вого сообщества.
Второе важнейшее направление применения аэрокосмических
средств и методов - охрана лесов от пожаров и защита их от вредителей,
болезней, различных неблагоприятных природных и антропогенных
воздействий. В настоящее время авиационная охрана лесов от пожаров
осуществляется на площади около 680 млн. га. Создана сеть территори-
5
альных авиаподразделений, в составе которых в пожароопасные перио-
ды работают сотни воздушных судов. Для оценки пожарной опасности
на территории лесного фонда и слежения за динамикой крупных лесных
пожаров используется космическая информация.
То, что органы управления лесным хозяйством страны, несмотря на
возрастающее антропогенное воздействие на лесной фонд, природные
катаклизмы, обеспечивают охрану лесов от пожаров и сдерживают го-
римость лесов, является, несомненно, заслугой службы авиационной
охраны лесов. Без использования аэрокосмических средств и методов
решение проблемы было бы просто невозможно. Применение их помо-
гает сберечь леса на огромных территориях. Ресурсное и экологическое
значение этого неоценимо.
На миллионах гектаров проводятся с применением аэрокосмических
методов лесопатологическое обследование лесов, освидетельствование
мест рубок, авиахимическая борьба с вредителями и болезнями леса и
регулирование состава молодняков. Авиационные средства и методы
используются также для решения других задач, таких, как проектирова-
ние гидро- и агролесомелиоративных мероприятий, изыскание и проек-
тирование лесовозных дорог, обслуживание лесосплава, учет охотничь-
ей фауны, фенологические наблюдения, учет урожайности древесных
пород, транспортировка людей и грузов, в том числе трелевка древеси-
ны.
Важнейшим значением внедрения аэрокосмических средств и мето-
дов является также то, что они обеспечивают создание и ведение ком-
плексного многоцелевого, многоуровневого и многофункционального
мониторинга лесов России. В перспективе применение аэрокосмических
методов в лесном и лесопарковом хозяйствах будет возрастать.
Поэтому современные специалисты лесного и лесопаркового хозяй-
ства должны знать и умело использовать в своей практической работе
аэрокосмические методы.
Применение аэрокосмических средств и методов в лесном хозяйстве
и ландшафтном строительстве - специальная учебная дисциплина лесо-
хозяйственного цикла, которая преподается в специальных высших и
средних технических учебных заведениях на факультетах, готовящих
специалистов лесного хозяйства, садово-паркового и ландшафтного
строительства, природопользования. Впервые она была введена в нашей
стране в 1928 г. в Ленинградской лесотехнической академии. Разрабо-
тал и читал ее там до мая 1972 г. профессор Г.Г. Самойлович. В дру-
гих вузах страны данный курс лекций читали его ученики и последова-
тели.
6
За истекшие 75 лет дисциплина непрерывно изменялась и развивалась
параллельно развитию авиации, космонавтики, средств аэрокосмиче-
ских съемок, анализа и обработки аэрокосмических изображений в со-
ответствии с теми задачами, которые стояли перед лесным и лесопарко-
вым хозяйством страны на различных этапах ее развития.
В настоящее время данная дисциплина является самостоятельным
курсом, охватывающим различные области знаний: физику, геодезию,
фотограмметрию, лесную таксацию, лесоводство, ландшафтоведение,
садово-парковое строительство, геоинформатику, математическую ста-
тистику, вычислительную технику и др. Основное содержание курса
составляет изучение аэрокосмических средств и методов, применяемых
в лесном и лесопарковом хозяйстве при изучении, картографировании,
охране, защите лесов, оценке их состояния и динамики, а также при вы-
полнении некоторых видов лесохозяйственных работ.
Основные результаты исследовательских и производственных работ в области примене-
ния дистанционных методов последних десятилетий обобщены в учебниках «Применение
аэрофотосъемки и авиации в лесном хозяйстве» (Самойлович, 1953, 1964); «Лесная аэрофо-
тосъемка и авиация» (Дмитриев, Мурахтанов, Сухих, 1981,1989); «Охрана лесов» (Е.А. Ще-
тинский, 2001), монографиях «Лесохозяйственное дешифрирование аэроснимков» (Харин,
1968), «Дистанционные методы изучения растительности» (Харин, 1975), «Методы изучения
лесов по аэроснимкам» (Киреев, 1977); «Аэрометоды в лесоустройстве» (Сухих, Гусев, Да-
нюлис, 1977); «Аэрокосмические методы в охране природы и в лесном хозяйстве» (Сухих,
Синицын, Апостолов и др., 1979); «Дистанционные методы в лесном хозяйстве» (Данюлис,
Жирин, Сухих, Эльман, 1989); «Авиация в лесном хозяйстве» (Кармазин, 1986); «Аэрокос-
мический мониторинг лесов» (Исаев, Сухих, Калашников и др., 1991), электронном учебном
пособии «Аэрокосмические средства и методы исследования лесных ресурсов на базе ГИС
технологий» (Сухих, Жирин, Шаталов, Чумаченко, 1999-2000 гг.).
Сейчас в ряде стран мира (США, Россия, Франция, Япония, Индия, Китай, Германия
и др.) ведутся работы по созданию нового поколения космических систем, которые в бли-
жайшем будущем предоставят потребителям материалы космических съемок земной
поверхности повышенной информативности. С расширением рынка данных космических
съемок будет уменьшаться и их стоимость. В последние годы получили мощное развитие
геоинформационные технологии и средства компьютерной техники. Все это способствует
созданию в России комплексного аэрокосмического мониторинга лесов. Теоретические
основы его разработаны. Для создания и обеспечения эффективного функционирования
мониторинга потребуются специалисты, владеющие современными методами и техноло-
гиями, подготовку которых должны обеспечить вузы страны. Эту цель и преследует изу-
чение дисциплины «Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строи-
тельстве».
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Сущность дистанционного зондирования Земли и причины, вызываю-
щие необходимость его применения в лесном и лесопарковом хозяйстве России.
2. Задачи, решаемые с применением аэрокосмических методов в лесном
хозяйстве России.
7
ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНО-ОПТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК
2.1. Состав и строение атмосферы
Приземную атмосферу составляют в основном азот (78 %) и кисло-
род (21 %), к которым в небольшом количестве примешаны углекислый
газ (0,03 %), озон (0,2-10’3 %) и некоторые другие газы. В атмосфере
содержатся водяной пар и другие примеси - аэрозоли (мельчайшие
твердые и жидкие частицы). Состав незасоренного воздуха до высоты
90-95 км остается практически постоянным.
Различают пять основных слоев атмосферы: тропосфера - от 0 до 10-
18 км, стратосфера - от 10-18 до 50 км, мезосфера - от 50 до 80 км, тер-
мосфера - от 80 до 600-800 км и экзосфера - свыше 600-800 км (рис. 2.1).
Границы между основными слоями выражены нерезко. Переходный
слой между тропосферой и стратосферой называют стратопаузой, меж-
ду мезосферой и термосферой - мезопаузой.
Верхний слой атмосферы является частью околоземного космиче-
ского пространства, нижняя граница которого ограничивается условно
высотой, где космический летательный аппарат может совершать по
инерции один-два оборота вокруг Земли. Решением Международной
авиационной федерации принято считать полеты космическими, если
высота их не менее 100 км.
В ряде случаев под понятием «космос» понимают область высот бо-
лее 200-250 км, где любые теплообмены, кроме лучистых, практически
отсутствуют и ими можно пренебречь. Эту высоту в практике при мно-
гих расчетах условно считают верхней границей атмосферы.
Основная масса атмосферы (99,9 %) сосредоточена в слое от 0 до 50
км. Он является определяющим на формирование изображения при
проведении дистанционного зондирования Земли.
Давление, температура, влажность, аэрозоли, озон и некоторые дру-
гие компоненты оказывают влияние на результативность съемочного
процесса и качество получаемых изображений, поскольку они могут
ослаблять излучение в направлении прохождения оптических лучей.
Для определения параметров атмосферы в целях оценки ее влияния на
аэро- и космическое зондирование используют различные модели, на-
пример, стандартной или однородной атмосферы, модели прозрачности
и режима облученности земной поверхности.
Рис. 2.1. Вертикальное строение атмосферы и кривые изменения ее параметров:
I - температуры; 2 - давления; 3 - абсолютной влажности; 4 - плотности
9
2.2. Оптические свойства атмосферы
На верхнюю границу атмосферы приходится поток солнечного излу-
чения (свет), представляющего собой электромагнитные волны широко-
го спектрального диапазона (рис.2.2). Длину их обозначают Я и выра-
жают в нанометрах (нм), 1 нм =10'9 м, микрометрах (мкм) или милли-
микронах (цт), сантиметрах и метрах.
Излучение
Оптическое
*
Рентге- S о §
Гамма невское
---*--ч t--------- .------
Радио
“I I Г ' I Г“""1 I "I I I I I I I г~
МО20 3-1018 3-1O16 ЗЮ14 ЗЮ12 3-1O10 3-108
1---1--1---1---1--1---1--1---1---1---1--1---1--1—г
Ю10 1(Г8 10‘6 10’4 10‘2 10° 102
0,0001 0,01 1,0 100 1,0 10 100 1,0 10 100 1,0 10
нм мкм мм м
Частота
колебаний, Гц
Длина волны, см
Рис. 2.2. Диапазоны спектра электромагнитных излучений
Спектр начинается с коротковолнового излучения (гамма-лучи-
X = КГ4-!О’2' и рентгеновские лучи - X = 10'2-10 нм). Участок спектра
с длиной волн X = 10-380 нм относится к ультрафиолетовой (УФ) об-
ласти спектра (дальняя УФ область-10-300 нм и ближняя-300-380).
Диапазон Х=380-760 нм - область видимого излучения, воспринимаемо-
го человеческим глазом, называемого светом (380-450 - фиолетовый
диапазон, 450-480 - синий, 480-510 - голубой, 510-550 - зеленый, 550-
570 - желто-зеленый, 570-590 - желтый, 590-620 - оранжевый и 620-760
нм - красный). Область спектра Х=760 нм (0,76 мкм)-1000мкм (1 мм) -
инфракрасное (ИК) излучение, которое подразделяется на четыре зоны:
ближнюю - 0,76-Змкм, среднюю - 3-6 мкм, дальнюю - 6-14 мкм и очень
далекую (тепловую) - 14-1000 мкм. Волны длиной 0,1-1 мм (100-1000
мкм) называют иногда субмиллиметровыми. Участок спектра, примы-
кающий к ИК тепловой зоне (с длиной волны более 1 мм), охватывает
ультракороткие радиоволны. Его подразделяют на диапазоны милли-
метровых, сантиметровых, дециметровых и метровых радиоволн. Сан-
тиметровые и дециметровые волны часто объединяют в диапазон сверх-
ю
высоких частот (СВЧ). Иногда миллиметровые и сантиметровые волны
относят к одному диапазону, называемому микроволновым.
Земная атмосфера - оптически неоднородная среда, она вызывает
поглощение и рассеяние излучения Солнца, снижающие его энергию и
изменяющие спектральный состав (рис.2.3 и 2.4).
Рис. 2.3. Прохождение электромагнитного излучения через атмосферу
Гамма-излучение, лучи Рентгена и ультрафиолетовые почти полностью
поглощаются кислородом и озоном атмосферы. В длинноволновой
(инфракрасной) части спектра имеется ряд полос поглощения,
обусловленных присутствием водяных паров (Н2О) и углекислоты (СО2).
(pm)
Рис. 2.4. Пропускание радиации в видимой и инфракрасной
зонах спектра сквозь атмосферу
11
При изучении Земли дистанционными методами наблюдения можно
проводить только в зонах прозрачности земной атмосферы. Пропуска-
ние атмосферы по спектру различно (рис. 2.3-2.4).
В рентгеновской и дальней УФ областях (до Х=0,3 мкм) атмосфера
абсолютно непрозрачна. В пределах Х=0,3-0,5 мкм на съемку сильно
влияет атмосфера, прозрачность ее от слабой до удовлетворительной.
В видимой части спектра в пределах Х=0,5-0,76 мкм прозрачность
атмосферы высокая, хотя в пределах ее есть отдельные узкие полосы
поглощения световой энергии водяными парами, углекислым газом,
озоном. В ИК области имеются следующие окна прозрачности: ХХ=0,76-
1,2; 3-5 и 8-14 мкм.
Пропускание атмосферы в окнах прозрачности меняется в зависимости от наличия
молекул воды, углекислого газа, озона, окиси углерода, метана и пр. Однако общие закс
номерности соотношений между излученной, поглощенной и отраженной солнечно»,
энергией для земной атмосферы и земной поверхности в целом сохраняются. Энергия
излучения Солнца на 99,9 % заключена в спектральном интервале 0,2-5 мкм, при этом
спектральный диапазон 0,4-0,7 мкм совпадает с максимумом спектральной кривой излу-
чения Солнца. На этот диапазон приходится 38 % энергии солнечного излучения, тогда
как, например, на диапазон 8-14 мкм - только 0,08 %.
Накопив солнечную энергию, Земля и атмосфера сами становятся источником тепло-
вого излучения в мировое пространство. Излучение системы Земля-атмосфера, как и
Солнца, близко к излучению абсолютно черного тела с температурой этой системы 200-
300 К. Около 99,9 % тепловой энергии данной системы заключается в пределах спектра 4-
40 мкм с максимумом излучения в спектре А.=8-12 мкм. Уходящее в мировое пространство
излучение состоит из собственного излучения системы Земля-атмосфера и отраженного
земной поверхностью и рассеянного атмосферой солнечного излучения. В коротковолно-
вой энергии (АЛ менее 3-5 мкм) преобладает солнечное отражение и рассеянное излуче-
ние, а в длинноволновой (АЛ свыше 5 мкм) - собственное тепловое излучение системы
Земля- атмосфера.
Для радиоволн субмиллиметрового диапазона, как и для очень дале-
кой ИК области, атмосфера непрозрачна. Радиоволны 1-10 мм заметно
поглощаются атмосферой, 1-100 см - незначительно, большей длины
задерживаются из-за преломления и отражения в ионосфере.
Наличие широкого спектрального диапазона в солнечном излучении
и отраженном от земной поверхности световом потоке позволяет при-
менять при дистанционном зондировании различные регистрирующие
устройства (табл. 2.1): в видимом и ближнем ИК диапазонах (Х=0,38-1,2
мкм) - визуальные наблюдения, фотографирование, сканерные (цифро-
вые), телевизионные и лазерные съемки, спектрометрирование; в сред-
ней ИК (Л=3-5 мкм) и дальней ИК (Х=8-14 мкм) областях проводят ИК
тепловую съемку; в радиодиапазоне - радиолокационную и радиотеп-
ловую (микроволновую) съемки (при последней измеряют радиояркост-
ную температуру теплового излучения природного образования.
12
Таблица 2.1
Спектральные диапазоны, применяемые для съемки земной поверхности,
и виды возможных съемок
Диапазон спектра элек- тромагнитных волн Прозрач- ность атмо- сферы Возможный вид съемки Время съемки Вид получаемых данных
1 2 3 4 5 6
Гамма- лучи 10и-10’2нм Очень слабая Аэрогамма- съемка с высоты не более 200 м Всепогод- ные Радиоактивность (число импуль- сов)
Рентге- новские лучи 10'2-10нм Непрозрач- ная Для съемки не применяют - -
УФ излуче- ние Дальняя зона: 0,01-0,3 мкм То же То же - -
Ближняя зона: 0,3- 0,38 мкм Очень слабая Ультрафиоле- товая с малых высот День Сигнал, гра- фик, изобра- жение
Видимое излуче ние 0,38-0,5 мкм Удовлетво- рительная Люминес- центная Ночь Изображение, сигнал, график
0,5-0,76 мкм Хорошая Фотографи- ческая, теле- визионная, сканерная, лазерная, спектромет- рическая День Изображение, магнитная запись, спек- трограмма
ИК из- лучение Ближняя зона: 0,76- 1,2 мкм Хорошая То же День То же
Ближняя зона: 1,2-3 мкм Слабая ИК тепловая, спектромет- рическая День То же
Средняя зона: 3-5 мкм Хорошая То же День, ночь То же
Средняя зона: 5-8 мкм Очень слабая Для съемки не применяют - -
Дальняя зона: 8- 14 мкм Хорошая ИК тепловая День, ночь Изображение, магнитная запись, спек- трограмма
Очень дале- кая зона: 14 - 1000 мкм Непрозрач- ная Для съемки не применяют - -
Радио- диапазон 0,3-1000 см Хорошая Радиолокаци- онная День, ночь Изображение, сигнал, график
0,3-30 см » Радисте пло- вая То же Сигнал, график
13
Для гамма-, ИК (Х=8-14 мкм)- и радиотеплового диапазонов источником излучения
является собственное излучение Земли; люминесцентной, радиолокационной и лазерной
съемок - отраженное излучение искусственного источника; остальных видов съемок - отра-
женное солнечное излучение. Гамма, рентгеновский и УФ диапазоны не используются для
изучения лесов. В гамма-диапазоне проводят съемку в геологии для поиска радиоактивных
руд и гамма-спектрометрии. Возможности УФ съемки еще недостаточно изучены.
2.3. Оптические характеристики природных образований
Все объекты земной поверхности при наблюдении и съемке в види-
мом и ближнем ИК диапазонах воспринимаются раздельно благодаря их
яркостным различиям. Яркость объекта зависит от освещенности, отра-
жательной способности, поглощения отражательного излучения проме-
жуточной средой.
К показателям, характеризующим яркость объектов и определяю-
щим дешифровочные возможности материалов дистанционных съемок,
относят:
- коэффициент полного отражения, или альбедо А\
- коэффициент яркости г;
- коэффициент спектральной яркости
- яркостной контраст К\
- интервал яркости U.
Эти показатели учитывают при расчете условий съемки для получе-
ния наиболее информативных съемочных материалов и для их дешиф-
рирования. Краткая характеристика данных показателей приводится
ниже.
Альбедо - это отношение светового потока, отраженного данной по-
верхностью по всем направлениям F, к полному потоку, поступающему
на исследуемую поверхность Fo: A=F/FO. Различают спектральное А^ и
интегральное А альбедо. А^ определяемое в некотором интервале длин
волн Л] Л +АЛ, составляет
Fx/Fob
Интегральное альбедо определяют соотношением
00
А= -dJF0,
О
оо
где F0 = pv<7x.
О
Коэффициент яркости г определяется отношением яркости лучисто-
го потока В, отраженного в каком-либо фиксированном направлении, к
яркости лучистого потока от идеально рассеивающей поверхности в
14
данном направлении*, имеющей коэффициент отражения, равный еди-
нице, и находящейся в тех же условиях освещения и наблюдения,
г=В/Во. За идеально рассеивающую (абсолютно белую) поверхность
принимают обычно гипсовую пластинку, покрытую окисью магния, или
белую бумагу, покрытую сернокислым барием. Они примерно на 90 %
отражают световые лучи и во всех направлениях имеют почти одинако-
вую яркость. Отражательную способность их условно считают равной
единице. Коэффициент яркости характеризует суммарную отражен-
ность света в интервале длин волн видимого и ближнего ИК диапазо-
нов электромагнитного спектра, поэтому его называют также инте-
гральным.
Объекты оптически нейтральные (серые) имеют одинаковый коэф-
фициент яркости для всех видимых и ближних ИК лучей спектра. Для
объектов с тоновыми или цветовыми различиями коэффициент яркости
неодинаков для разных участков спектра; его называют коэффициентом
спектральной яркости и определяют по формуле
гл = »
где Вд - спектральная яркость объекта; - спектральная яркость
идеально рассеивающей поверхности в одинаковых условиях освещения
и наблюдения.
Объекты земной поверхности выявляются на снимках в значитель-
ной степени благодаря различиям в их яркости, которые оцениваются
яркостным (пограничным) контрастом К. Он равен отношению разности
яркостей (коэффициентов яркостей) смежных объектов к большей из
них:
ЛГ=(В,-Я2)/в,=(г,-г2)/г,.
Объекты, у которых К=1, называют объектами абсолютного контра-
ста. Такой контраст имеет комбинация абсолютно черных и абсолютно
белых объектов. В природе их практически нет. Близкий к абсолютному
контраст имеют, например, свежевыпавший снег на фоне хвойного леса,
солнечный блик (зеркально отраженный солнечный свет) на фоне ос-
тальной поверхности водоема, т.е. объекты, яркость одного из которых
очень мала по сравнению с яркостью другого. Различают объекты,
имеющие большой контраст - контрастные (Л>0,5), мало - (/С<0,2) и
среднеконтрастные (К=0,2-0,5). В природе преобладают малые и сред-
ние контрасты.
Яркость лучистого потока - это показатель, характеризующий яркостные особенности
естественной освещенности (падающей или отраженной).
15
Наименьшее значение контраста, начиная с которого объект стано-
вится доступным для зрения, называют порогом зрительного воспри-
ятия, или пороговым контрастом, - для большинства людей он равен
0,01-0,02 (в оптимальных условиях наблюдения и освещения, при чет-
кой границе между объектами и фоном и в достаточно крупных разме-
рах объекта).
Преобладающее большинство изображений древесных пород, под-
лежащих распознаванию на съемочных материалах, малоконтрастно
(табл. 2.2).
Таблица 2.2
Контрасты между древесными породами в августе
Древесные породы Глаз человека (400-680 нм) Аэрофотопленка пан- хром со светофильтром ЖС-18 (500-680 нм) Аэрофотопленка инфра- хром со светофильтром КС-14 (650-760 нм)
Ель - сосна 0,08-0,12 0.07-0,10 0,10-0,12
Ель - кедр 0,05-0,10 0,06-0,08 0,08-0,10
Ель - пихта 0,03-0,05 0,03-0,05 0,01-0,03
Кедр - сосна 0,06-0,08 0,06-0,08 0,02-0,03
Ель - береза 0,15-0,20 0,15-0,20 0,32-0,35
Ель - осина 0,18-0,24 0,18-0,22 0,32-0,38
Сосна - береза 0,04-0,10 0,03-0,10 0,20-0,24
Сосна - осина 0,08-0,14 0,08-0,12 0,22-0,28
Береза - осина 0,01-0,06 0,02-0,08 0,04-0,06
В период осеннего пожелтения листвы контраст между хвойными
(сосна - ель) и лиственными (береза - осина) породами достигает
0,8-0,87. Контраст между освещенными частями крон и затененными
промежутками между ними даже летом в видимой области спектра со-
ставляет 0,86-0,88, а в ближней ИК - 0,94-0,97.
- При анализе фотографического воспроизведения тонов для сопос-
тавления яркости двух смежных объектов или объекта и фона исполь-
зуют деталь яркости А , определяемую по формуле:
A =log(Bi/B2) =log(ri/r2).
При выборе условий съемки определяют интервал яркости (отно-
сительный фотографический контраст) - отношение наибольшей ярко-
сти объектов к наименьшей (или соответствующих коэффициентов яр-
кости):
^7 — Bmax/Bffjin — ^max/^min.
Логарифм отношения тех же величин называют фотографическим
контрастом:
Кф — log(Bmax/Bmin) — log(rmax/i‘mirl).
16
Интервал яркости ландшафта оценивают, исходя из яркости массо-
вых или имеющих наибольшее значение объектов. Среднее значение
интервалов яркости летнего ландшафта колеблется в пределах от 2 до
30, фотографических контрастов - от 0,3 до 1,48.
Яркость, или цвет, объекта определяется характером отраженного
лучистого потока и спектральной отражательной способностью, зави-
сящей от структуры поверхности объекта; последняя влияет на измене-
ние яркости с изменением направления ее измерения. Рассеяние света и
изменение формы отраженного светового пучка принято характеризо-
вать индикатрисой рассеяния (отражения), которую представляют в
виде полярной диаграммы. Индикатриса - это поверхность, построенная
вокруг элемента, рассеивающего лучистый поток так, чтобы рассеяние
частиц от этого элемента было пропорционально коэффициенту рассея-
ния в соответствующих направлениях. При этом между длиной волны
рассеянной радиации и индикатрисой рассеяния имеется связь, которую
необходимо учитывать при планировании спектрофотометрических и
съемочных работ и дешифрировании полученных материалов. По виду
индикатрисы рассеяния выделяют три типа поверхностей.
Слабошероховатые (ортотропные), у которых составляющие элементы ориентирова-
ны различно, а яркость во всех направлениях одинакова, поверхность матовая; свет имеет
равномерное диффузное рассеяние, индикатриса круговая (рис. 2.5, а). Такой тип поверх-
ности характерен для травянистой растительности. Вид индикатрисы, а соответственно и
фототон изображения устойчивы. У увлажненных слабошероховатых поверхностей инди-
катриса может превратиться в вытянутую.
Гладкозеркальные с направленным рассеиванием, у которых яркость усиливается в
сторону источника света или сторону зеркального отраженного луча и индикатриса вытя-
нута в этих направлениях (рис. 2.5, б, в). Вытянутость индикатрисы изменяется от изме-
нения угла наклона солнечных лучей и поэтому имеет суточный ход, соответственно в
течение дня меняется и фототон изображения. Такой тип поверхности характерен для
некоторых обнажённых грунтов (известняка, базальта, солончака и др.), воды, снега, льда.
Рис. 2.5. Основные типы индикатрис рассеяния:
а - равномерное диффузное; б, в- направленное; г - смешанное
Смешанные с рассеянно-направленным отражением, у которых элементы поверхности
ориентированы большей частью одинаково. В связи с этим яркость меняется в зависимо-
сти от угла направления солнечных лучей, а индикатриса вытянута одновременно в сто-
роны источника света и отражения (рис. 2.5, г). Вытянутость индикатрисы зависит также
от угла наклона солнечных лучей и имеет суточный ход. Такой тип поверхности имеют
объекты заметной высоты - лес, микрорельеф и пр.
Исследования ахроматических и спектральных индикатрис отражения и их динамики
показали существенные различия между спектральными индикатрисами отражения. Для
17
каждого элемента ландшафта характерна индикатриса отражения определенного типа.
Форма ее зависит от высоты Солнца, фенологического состояния, погодных условий. С умень-
шением высоты Солнца возрастает неравномерность углового распределения отраженного
излучения, особенно интенсивно у объектов с сильно иссеченной или гладкой поверхностью.
Роса увеличивает вытянутость индикатрисы в сторону зеркального отражения и освещения.
2.4. Спектральные отражательные свойства лесной растительности
и методы их изучения
Спектральные отражательные характеристики природных образова-
ний несут в себе специфический вид информации о поверхности Земли
и являются основой дистанционных методов ее исследования.
Поток лучистой энергии, прошедший атмосферу Земли, изменяется
по интенсивности и спектральному составу. Он делится на три состав-
ные части: поглощенную, отраженную (рассеянную) и пропущенную
(прямую). Поток лучистой энергии, состоящий из прямой и рассеянной
солнечной радиации, при падении на объект также делится на три части:
пропущенную, поглощенную и отраженную. Часть поглощенной расти-
тельностью энергии расходуется на фотосинтез нового органического
вещества. Различные объекты живой и неживой природы имеют неоди-
наковое соотношение между этими составляющими светового потока.
Так, например, верхняя поверхность листа тополя в зеленых лучах по-
глощает 74 % света, пропускает 16 % и отражает 10 %, в красных лучах
- соответственно 92, 3 и 5 %, в инфракрасных лучах - 3, 50 и 47 %. В
длинноволновой части спектра (более 2 мкм) поглощение снова увели-
чивается, что предохраняет растения от излишнего охлаждения.
Лучистая энергия, прошедшая через освещенный объект, вследствие
избирательного поглощения и рассеяния по спектральному составу от-
личается от падающего света. Часть ее в результате рассеяния внутри
объекта вновь поступает в верхнюю полусферу.
Практический интерес для съемки имеет отраженная энергия, сла-
гающаяся из энергии излучения, отраженного непосредственно поверх-
ностью объекта, и энергии излучения, рассеянного внутренними струк-
турными частями. При этом информация о спектральных отражатель-
ных свойствах объекта заложена в рассеянной энергии излучения, так
как эта рассеянная внутренними элементами радиация является резуль-
татом взаимодействия падающего излучения с внутренним содержани-
ем объекта и зависит у древесной растительности от строения клеток
мезофилла хвои и листьев.
Часть поглощенной энергии лучистого потока, затраченная на нагре-
вание поверхности, возвращается в мировое пространство в виде тепло-
вого излучения, которое лежит в ИК области спектра; на этом тепловом
18
излучении базируется инфратепловая съемка. У некоторых природных
объектов (растений, органических веществ и др.) поглощенная солнечная
радиация вызывает люминесценцию, на которой основана люми-
несцентная съемка.
ИК лучи почти без отклонений проходят через эпидермис и столбча-
тую паренхиму листа и только в губчатой паренхиме с множеством на-
полненных воздухом межклеточных пространств рассеиваются и в ос-
новной своей массе отражаются снова наружу. У большинства листвен-
ных пород в ИК лучах (0,7 - 0,9 мкм) коэффициент отражения больше
в 5 раз, а у хвойных - примерно в 4 раза, чем в видимой части спектра.
Именно поэтому при черно-белом фотографировании растения в ИК
области спектра изображаются более светлым тоном. Эта особенность,
заключающаяся в различиях спектральных коэффициентов яркости
(СКЯ) в различных зонах электромагнитного спектра, и положена в ос-
нову многозональной съемки.
Характер кривых СКЯ древесной растительности и поглощения
солнечной радиации иллюстрируют рис.2.6 - 2.8.
Длвмыволм 7мнм)
Cs ЭДМЯЯ ИК-ЗОНа
Ближняя ИК-эона
Распределения солнечной радиации после
прахамщения толщи атмосферы: 41% при-
ходится на док^ видм аи части cm нарг,
ближней ИК-эоны -46%, средней ИК-ооны •
134. Нг сп,тр лык>“ oip *нме с диалг-
зоне 0,4-0,7 " ем оказывают листовые
пигменты; в ближней ИК-эоне отражение
зависит от особенностей клеточной
структуры хвои и листьев, а в сред-
ней ИК-зоне-от содержания в них влаги.
Рис. 2.6. Типичный характер кривой спектральных коэффициентов яркости
древесной растительности [21]
Различия в оптических характеристиках растений и их частей (крон,
стволов) обусловливаются составом и состоянием пигментов расти-
тельных и покровных тканей, морфологией растений в целом, возрас-
том, экологическими условиями. Молодые хвоя и листья характеризу-
ются большей отражательной способностью. В благоприятных условиях
19
растения характеризуются меньшими и кривые имеют более четко
выраженный характер в зеленой зоне спектра: с ухудшением условий и
при меньшей освещенности г^, как правило, возрастают. На оптические
характеристики растений влияют географическое и высотное положения,
погодные условия.
Доля видимом части солнечной радиации
примерно поровну подразделяется между
голубой, зеленой и красной частями
Из-за избирательного поглощения
световой энергии наши глаза отличают
растительность по зеленому цвету
Поглощение пигментами растительности
световой энергии происходит избирательно.
Наиболее интенсивно происходит поглощение
в голубой и особенно в красной области спектра
и в меньшей степени - в зеленой части спектра
Рис. 2.7. Характер поглощения золнечной радиации [21]
У всех древесных пород в летний период имеют в видимой части
спектра примерно одни и те же величины и закономерности (рис. 2.8); это
характерно также для нелесных и не покрытых лесом земель. СКЯ
объектов неживой природы такой закономерности не имеют (рис. 2.9).
Все растительные сообщества летом характеризуются в видимой
области спектра максимумом поглощения в синей и оранжево-красной
зонах. Форма кривых СКЯ имеет максимум в зеленой зоне спектра
(1=540-580 нм), минимум в сине-фиолетовой (1=400-470 нм) и красной
(1=680-690 нм).
Оптические свойства древесных и кустарниковых пород в видимой
области спектра зависят в основном от хлорофилла, поэтому в период
вегетации интегральные кривые разных древесных пород, произра-
стающих в однородных лесорастительных условиях, мало различаются
по форме. Вследствие этого летом в видимой области спектра кроны
разных древесных пород характеризуются близкой яркостью; только в
зоне зеленых лучей (1=540-580 нм) наблюдаются некоторый общий
подъем кривых и небольшая их дифференциация по породам. В ре-
20
зультате этого на летних панхроматических аэрофотоснимках изобра-
жения разных древесных пород имеют небольшие тоновые различия.
Рис. 2.8. Кривые СКЯ: 1 - осины; 2 - березы; 3 - сосны; 4 - ели
хлорофилла воды воды
0,66 мкм 1,43 мкм 1,93 мкм
Рис. 2.9. Спектральная отражательная способность основных классов
природных образований: 1 - растительный покров; 2 - снежные поверхности; 3 - горные
породы и почвы; 4 - водные поверхности
В ближней ИК зоне спектра различия в спектральных яркостях крон
основных древесных пород значительные (см. рис. 2.8). При этом мож-
но выделить две группы пород: повышенной спектральной яркости, где
21
Гг=0,6-0,7 (лиственница, осина, береза), и с меньшей величиной о (со-
сна, ель). В связи с этим при съемке в ИК области спектра тоновые раз-
личия между древесными породами существенны, они надежно позво-
ляют отделять хвойные породы (сосна, кедр, ель, пихта) от лиственных.
В видимой зоне спектра гу поврежденных вредителями или пожара-
ми деревьев существенно не отличается от о здоровых. В ИК зоне раз-
личия между ними значительные. Спектральные коэффициенты ярко-
стей здоровых и сухостойных деревьев имеют значительные различия
как в видимой, так и в ИК зонах спектра (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Кривые КСЯ крон кедровых деревьев разной степени повреждения:
/ - неповрежденных; 2 - поврежденных на 20 - 40%; 3 - поврежденных на 70-80%;
4 - полностью обесхвоенных
Зачастую повреждения растений связаны с изменениями состояния ассимиляционного
аппарата, нарушением структуры губчатой паренхимы и уменьшением межклеточных
пространств в ней. При повреждении растений промышленными газами самые сильные
изменения происходят в столбчатой паренхиме листа, не затрагивая губчатую, где отра-
жаются ИК лучи. Поэтому панхроматическая аэропленка не дает положительного резуль-
тата при съемке таких насаждений. Оценку их санитарного состояния обеспечивает двух-
слойная спектрозональная аэропленка с зонами спектральной эффективной светочувстви-
тельности за светофильтром КС-14 первого (нижнего) слоя 660-680 нм; второго (верхнего)
- 740-760 нм. Поскольку поврежденная растительность имеет большую спектральную
яркость в области главной полосы поглощения хлорофилла и меньшую в области ближ-
них ИК лучей, кроны здоровых деревьев больше воздействуют на нижний слой и образу-
ют соответствующую окраску изображения (см. гл.З).
Отражательная способность деревьев и насаждений зависит от фе-
нологического их состояния. Весной молодая листва (хвоя) всех древес-
ных пород значительно ярче: ее светло-зеленый цвет в поздневесеннее
время сменяется зеленым. Увеличение интенсивности зеленой окраски
и снижение яркости листвы происходит постепенно, в процессе разви-
22
тия листа. Из древесных пород первой развертывает листву береза, че-
рез 10-15 дней осина. Цвет хвойных пород изменяется в течение веге-
тационного периода и за счет прироста более светлых (желто-зеленых)
молодой хвои и побегов. Но новые побеги и молодая хвоя появляются
несколько позднее и медленнее развиваются, чем у лиственных. Поэто-
му к моменту полного облиствения мелколиственных пород цвет хвой-
ных деревьев определяется в основном свойствами старой хвои (их кро-
ны имеют невысокую яркость). Существенные различия в яркости при-
водят к тому, что изображения на снимках хвойных и лиственных дре-
востоев в весенний период значительно контрастны. Осенью, когда за-
вершается вегетация лиственных пород, их цвет и оптические свойства
резко изменяются. В этот период наблюдаются наибольшие цветовые и
тональные контрасты между лиственными и хвойными древесными по-
родами.
Изучение особенностей спектральной отражательной способности древесной расти-
тельности разного состава, возраста, произрастающей в различных климатических и лесо-
растительных условиях под воздействием разнообразных факторов среды, проводят с
помощью лабораторных или летных спектрометров, спектрорадиометров, видеоспектро-
метров и т.п. (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Спектрометр «Кварц 4»
При проведении лабораторных исследований спектрометрированию подвергаются
растительные образцы в виде охвоенных побегов разных лет или ветвей с листьями. Из-
мерения лу основаны на сравнении спектральных яркостей исследуемой В^. и идеальной
рассеивающей эталонной Вок поверхностей ( по формуле = В^/В^). При определении
измеряют отраженный поток, или яркость излучаемой поверхности, и падающий поток,
или яркость некоторого горизонтально расположенного экрана, с известным гх. Все при-
боры, применяемые для определения коэффициентов спектральных яркостей, обеспечи-
вают разложение света в спектр с выделением узкого интервала и регистрируют спек-
тральные коэффициенты отражения (рис. 2.12).
23
Рис. 2.12. Схема спектрометра:
/ - входная щель; 2 - объектив коллиматора; 3 - диспергирующая система;
4 - объектив приемника лучистой энергии; 5 - выходная щель
Исследуемый поток поступает во входную щель 1, объектив коллиматора 2, диспер-
гирующую систему 3, объектив приемника лучистой энергии 4, в фокусе которого распо-
ложена выходная щель 5, «вырезающая» из спектра исследуемый узкий спектральный
интервал, в котором фиксируется интенсивность излучения.
В качестве диспергирующей системы используют стеклянные или кварцевые призмы,
дифракционные решетки или интерференционные светофильтры. Приемниками, обеспе-
чивающими регистрацию отраженной лучистой энергии, являются фотопленка, магнитная
лента, фотоэлемент или глаз наблюдателя.
Оптические характеристики природных объектов можно изучать в лаборатории, в на-
земных полевых и подводных условиях, с летательных аппаратов, включая космические
носители. Данные о rL полученные в наземных условиях, позволили установить законо-
мерности изменения п природных объектов. На основе этих данных проведена спектро-
фотометрическая классификация природных образований, созданы спектрозональные
пленки и методы многозональной съемки.
2.5. Метеорологические условия съемки
Съемку земной поверхности осуществляют через толщу атмосферы,
характеристики которой непостоянны. Состояние атмосферы определя-
ет условия и результаты съемки. Физическое состояние атмосферы ха-
рактеризуют ее прозрачность и рефракции лучей в ней, температура
воздуха, атмосферное давление, влажность воздуха, облачность, пере-
мещение воздушных масс. Наибольшее влияние на результативность
съемки в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра оказывают сте-
пень прозрачности атмосферы, освещенность и облачность.
В слое атмосферы между земной поверхностью и съемочной системой, установленной
на самолете, вертолете или космическом аппарате, всегда в той или иной степени содер-
жатся мельчайшие (0,01-1 мм) частицы газов, водяных паров, пыли, дыма. Они вызывают
рассеяние света в атмосфере и обусловливают дополнительную яркость самого воздуха,
чем снижают контрастность деталей земной поверхности. Свечение или мутность атмо-
сферы за счет рассеяния света от взвешенных в воздухе частиц называют дымкой. При
преобладании в атмосфере молекул газов и водяного пара сильнее рассеиваются лучи с
короткой длиной волн и атмосферная дымка имеет преимущественно голубой или синий
цвет. Если же преобладают взвешенные частицы пыли, дыма и других посторонних тел,
дымкой в равной степени рассеиваются лучи всех цветов спектра и сама она принимает
серый или белесый цвет. Такая дымка чаще бывает в районах с задымленностью от лес-
ных пожаров и промышленных предприятий или в зонах распространения частиц пыли и
24
песка, что характерно для южных безлесных областей. Атмосферная дымка уменьшает
яркость объектов пропорционально коэффициенту пропускания:
7-=ег’"^,
где г* - оптическая толща всей атмосферы; Д - угол проектирующего луча по отно-
шению к местной вертикали.
Кроме того, дополнительно налагается яркость собственной дымки. Это приводит к
уменьшению разности оптических плотностей изображения AD = Dnax - Пт/Л(главным
образом за счет увеличения а соответственно к ослаблению контрастов и вуалирова-
нию съемочных материалов. Иногда, даже в совершенно безоблачные дни, дымка влияет
так сильно, что исчезает различимость объектов земной поверхности, и съемка становится
невозможной.
В прямой зависимости от контрастности находится разрешающая
способность съемочных материалов. При съемке атмосфера может сни-
зить разрешение на местности в 2 раза и более, особенно при плохой
прозрачности, вытянутой индикатрисе рассеяния, низкой высоте Солнца
и большой перспективе. Распределение частиц по высоте атмосферы
определяется условиями образования воздушной массы и конвектив-
ными потоками. Наличие температурных инверсий может вызвать по-
слойное распределение частиц в атмосфере.
Аэро- и космические съемки обычно выполняют в яркие, солнеч-
ные, безоблачные дни. Перистые и перисто-слоистые облака им не пре-
пятствуют. Аэрофотосъемка возможна и при высокой сплошной облач-
ности, расположенной выше самолета (вертолета), выполняющего
съемку. Высокая сплошная облачность позволяет получать бестеневые
аэрофотоснимки со смягченными тонами теней, в результате чего полог
насаждений просматривается глубже, лучше видны его затененные час-
ти (рис. 2.13).
На открытых местах (прогалины, вырубки и др.) изображение от-
дельных деревьев или подроста лучше заметно в солнечную погоду из-
за наличия падающих теней (рис. 2.14).
Для целей лесного дешифрирования важное значение имеет влияние
высоты Солнца в момент проведения съемки: чем оно выше, тем кон-
трастнее выделяется соотношение между освещенными и затененными
сторонами крон в пологе насаждений. При высоте Солнца более 30°
общий вид изображения полога насаждений яркий и пестрый, так как
сомкнутые насаждения состоят из светлых крон и темного фона от зате-
ненных промежутков между кронами (рис. 2.15, слева). При низкой вы-
соте Солнца (менее 30°) контраст между тонами изображения крон и
затененными промежутками ослабевает, уменьшается освещенность
лесных территорий; общий рисунок полога насаждений становится од-
нообразнее (рис. 2.15, справа).
25
Рис. 2.13. Аэрофотоснимки одной и той же лесной территории (слева - при высокой
сплошной облачности; справа - в солнечную погоду) [19]
Рис. 2.14. Аэрофотоснимки вырубки и прилегающих лесных массивов (слева -
при высокой сплошной облачности; справа - в солнечную погоду) [19]
При съемке с авиационных и космических носителей минимально
допустимой высотой стояния Солнца считают 15-20°, так как при
меньшей высоте ухудшается освещенность местности и резко возраста-
ет дымка. В связи с этим при съемке нужно увеличивать выдержку, что
может привести к недопустимо большим сдвигам изображения, сниже-
нию контрастности и ухудшению качества снимков.
Обычно съемку начинают не ранее чем через 2 ч после восхода
Солнца и заканчивают за 3 часа до захода. В большинстве случаев
26
аэрофотосъемочное время дня ограничивается тремя-четырьмя часами,
поскольку после 9-10 ч, особенно в лесных районах, появляется кучевая
облачность, достигающая наибольшего развития к 13-15 ч. Съемку зем-
ной поверхности в ИК тепловом диапазонах можно осуществлять в лю-
бое время суток, а в радиодиапазоне - в любую погоду.
Рис. 2.15. Аэрофотосъемка одного и того же лесного участка при высоком (слева)
и низком (справа) стоянии Солнца
Кучевые облака изображаются белыми пятнами, а тени от них -
темными пятнами (рис. 2.16). Части снимков, закрытые облаками и те-
нями от них, непригодны для дешифрирования.
Поскольку в любой фиксированный момент времени в среднем 65 %
поверхности Земли покрыто облачностью, а территория России -
сплошной и значительной облачностью на 75 %, фотографическая
съемка из космоса существенно осложняется, ибо запас пленки в кос-
мических аппаратах и срок их работы на орбите ограничены. Следова-
тельно, необходимо максимально продуктивно использовать фотоплен-
ку и стремиться к включению фотоаппаратуры лишь при отсутствии
облачности. Это можно обеспечить только при наличии надежного про-
воза распределения облачности по территории Земли на трассе полега
космического летательного аппарата (КЛА).
Рис. 2.16. Изображение облака и его тени [19]
Для предварительного планирования времени запуска КЛА, с кото-
рого предусматривается съемка определенных территорий, требуются
многолетние данные об облачности над ними. Определенный объем
данных для разработки прогноза дают карты погоды с исходной аэроси-
ноптической информацией, хотя они и не показывают полную картину
фактического распределения облачности из-за отсутствия информации
о районах между метеостанциями.
Рис. 2.17. Распределение облачного покрова на космическом снимке с ИСЗ «Метеор»
28
Прогноз облачности с целью обеспечения космических съемок учи-
тывает реальную картину распределения полей облачности и безоблач-
ного состояния по площади при обозрении ее с большой высоты. По-
этому здесь большое значение имеет информация о распределении об-
лачного покрова, поступающая с метеорологических ИСЗ (рис. 2.17).
2.6. Оптимальные сроки проведения аэрокосмических съемок
При изучении лесов съемку выполняют в определенные сроки, свя-
занные с их фенологическим состоянием. Обычно съемку проводят по-
сле полного распускания листьев и до начала массового листопада (в
зависимости от породы, лесорастительного района и почвенных усло-
вий). В среднем в европейской части России продолжительность разви-
тия листьев березы составляет 20-35 дней, осины - 15-30, дуба - 10-20
дней; осеннее пожелтение наступает сначала у березы и липы, у осины
на 5-8 суток позднее, но протекает более интенсивно. Поэтому время
полного пожелтения листьев у обеих пород практически совпадает.
Продолжительность листопада березы составляет 15-40 дней, осины -
10-30 дней.
Изучение фенологического состояния лесов показывает, что в лес-
ной зоне России сроки проведения аэрокосмической съемки наиболее
удобно согласовывать с фенологическими изменениями березы и дуба.
Береза распространена здесь повсеместно, у нее раньше, чем у других
пород, начинается облиствение и пожелтение листьев. Н.Г. Харин
(1965) составил фенологическую карту зеленения березы, которая мо-
жет служить основой при планировании начала съемочных работ. Для
этих же целей может быть рекомендована схема, показывающая сред-
ние даты прохождения зеленой волны в Северном полушарии
(рис. 2.18).
Снимки лучшего дешифровочного качества получаются при съемках
древесных пород в тот период года и в той зоне спектра, в которых от-
ражаются наибольшие различия в их яркости. Летом отражательная
способность хвойных и лиственных пород в пределах видимой области
спектра почти одинакова. В связи с этим дешифрирование видимого
состава насаждений по летним однозональным черно-белым снимкам на
фотопленках, чувствительных к видимой области спектра, - наиболее
трудная задача. Лучшими дешифровочными свойствами обладают
Цветные спектрозональные и многозональные снимки, сенсибилизиро-
ванные в видимой и ближней ИК зонах спектра (см. гл. 3).
29
Рис. 2.18. Средние даты прохождения зеленой волны северном полушарии:
1-15 июля; 2 -15 июня; 3-15 мая; 4-15 апреля
Весной и осенью у древесных пород наблюдается большое различие
в отражательной способности: весной - в желто-зеленых и красных лу-
чах спектра (к = 500-650 нм), осенью - в оранжево-красных (к = 600-700
нм). Проведение съемок в этих зонах спектра, позволяет получить наи-
более высокую дифференциацию по тону между хвойными и листвен-
ными насаждениями. Для съемок весной нужно использовать ортохро-
матическую пленку, осенью - панхроматическую в сочетании со свето-
фильтрами ЖС-18 или ОС-14 и спектрозональные пленки. Но осенние
спектрозональные снимки в крупных и средних масштабах обладают
худшими дешифровочными свойствами по сравнению с однотипными
летними. Это объясняется тем, что разновременное пожелтение листвы
у древесных пород в пределах одного контура (выдела) дает на аэрофо-
тоснимках излишнюю пестроту в цвете одной породы, затрудняя де-
шифрирование состава. Осенние космические и мелкомасштабные аэ-
рофотоснимки на спектрозональных цветных пленках и полученные при
многозональной съемке имеют повышенные дешифровочные качества
за счет более резкой дифференциации растительности по группам пород
и условиям местопроизрастания. Осенние снимки на цветной трехслой-
ной фотопленке по качеству дешифрирования превосходят осенние
панхроматические, но, как правило, не применяются из-за большей
сложности их обработки, меньшей разрешающей способности и высо-
кой стоимости.
30
Съемку в осенний период проводят после начала массового пожел-
тения листьев березы и заканчивают до того времени, когда у листвен-
ных пород опадает половина листвы. В весеннее время съемку на орто-
хроматическую и панхроматическую аэропленки начинают через 2 не-
дели после начала облиствения и заканчивают ее через 15-20 дней. Де-
шифровочные качества панхроматических и ортохроматических весен-
них и осенних снимков значительно выше, чем у летних. Съемку на
цветные спектрозональные пленки начинают через месяц после начала
облиствения березы и заканчивают при начале массового пожелтения
листьев.
Вышеизложенное иллюстрируется фрагментами аэрофотоснимков,
полученных в различные сезонные периоды (рис. 2.19, 2.20, 2.21).
Фенологическое состояние лесов, в первую очередь листопадных, в
весенне-осенне-летний сезон существенно влияет на распознаваемость
древесных пород. При зимней аэрофотосъемке лесов в безлистном со-
стоянии изображения участков леса имеет штриховатый рисунок
(рис. 2.19).
Рис. 2.19. Фрагмент зимнего аэрофотоснимка листопадного древостоя
(черно-белая панхроматическая фотопленка) [19]
31
a)
б)
Рис. 2.20. Стереопары весенних (а) и летних (б) аэрофотоснимков одной и той же лес-
ной территории (черно-белая панхроматическая пленка) [19]
32
Рис. 2.21. Сезонные различия изображений, полученные при аэрофотосъемке в масштабе
1:13000 одной и той же территории в начале, в конце лета и осенью
(цветная спектрозональная пленка) [19]
Таким образом, для целей лесного дешифрирования предпочтение
должно быть отдано материалам цветных спектрозональных аэрофото-
съемок, а также многозональным фотографическим, сканерным и теле-
визионным изображениям лесов, позволяющим получать снимки высо-
кого дешифровочного качества при съемке в течение почти всего съе-
мочного периода (лето и ранняя осень).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Состав и строение атмосферы; диапазоны высот, с которых проводят аэро-
и космические съемки в интересах изучения и оценки состояния лесов.
2. Показатели, характеризующие оптические свойства природных объектов.
3. Зоны электромагнитного спектра, в которых проводят фотографические,
сканерные, лазерные, телевизионные и радиолокационные съемки.
4. Особенности спектральной отражательной способности различных групп
лесной растительности.
5. Оптимальные метеорологические условия и сезонные сроки проведения
аэрокосмических съемок лесов.
33
Глава 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ
СЪЕМОК
3.1. Летательные аппараты, используемые для проведения
аэрокосмических съемок
Аэрокосмические съемки земной поверхности проводят с различных
летательных аппаратов, которые
подразделяются на две группы:
а) осуществляющие полет в
воздушной среде - самолеты и вер-
толеты;
б) осуществляющие полет в
безвоздушном, космическом прос-
транстве - космические летатель-
ные аппараты (искусственные
спутники Земли, пилотируемые
орбитальные станции, пилотируе-
мые космические корабли).
3.1.1. Самолеты и вертолеты
Требования и характеристики. Используемые для аэросъемки са-
молеты и вертолеты должны отвечать следующим требованиям:
- обеспечивать устойчивый горизонтальный полет и разворот с одного
курса на другой, иметь достаточный диапазон скоростей и необходимую
дальность полета, обеспечивающую беспосадочное время работы не
менее 6-7 ч;
- обладать хорошей продольной, поперечной и путевой устойчиво-
стью; в режиме установившегося горизонтального полета углы крена,
тангажа и рысканья не должны превышать +1°, а время для ввода и вы-
вода самолета в вираж или из виража должно быть минимальным;
- быть оснащенными высокоточным навигационным оборудованием,
позволяющим выполнять автоматизированный полет по заданному
маршруту с высокой точностью в разных геомагнитных и широтных
условиях;
- иметь удобное, с хорошим обзором местности, место для штурма-
на, а также соответствующее место для установки съемочной аппарату-
ры, работы бортинженера и хранения фото - и других материалов.
В настоящее время в лесном хозяйстве России для аэросъемки и
выполнения других работ применяют в основном самолеты ТУ-134,
АН-30, иногда АН-2, и вертолеты К-26, МИ-8 и др. (табл. 3.1).
34
Таблица 3.1
Основные технические характеристики применяемых в лесном хозяйстве
самолетов и вертолетов
' ”” Технические характеристики Самолеты Вертолеты
ТУ-134 АН-30 АН-2 Ка-26 Ми-8
^Максимальная взлетная масса, кг 44 500 23 000 5 250 3 070 12 000
Вес пустого носителя 27 000 15 500 3 560 2 020 7 200
Топливо Керосин Бензин Бензин Керосин
Максимальный запас топлива, л 14 500 7 100 1 200 465 1 450
Расход топлива при крейсер- ской скорости, кг/ч 2 500 1 200 200 150 700
Крейсерская скорость, км/ч 600-800 350-400 160-190 140 200-220
Скорость отрыва, км/ч 260 210 80-90 - -
Длина разбега, м: при взлете 1090 770 250 - -
- при посадке 850 660 250 - -
Практический потолок, км 11800 8000 4500 3100 6000
Дальность полета с навигаци- онным часовым запасом топли- ва, км 2900 2300 1200 400(510) 460 (690)
Длина взлетно-посадочной полосы, м 2180 1200 750 - -
Наличие фотолюков 4 3 1 - -
Примечания: а) дальность полета для вертолетов в скобках указана при наличии дополни-
тельного бака с горючим; б) возможно устройство по 1 фотолюку у вертолетов Ка-26 и
Ми-8, а также 2-х дополнительных фотолюков у самолета АН-30 и одного у АН-2
Навигационные средства для аэрофотосъемочного самолетовож-
дения. Оптические навигационные визиры. На самолетах и вертолетах,
предназначенных для проведения аэрофотосъемки, помимо автоматизи-
рованных навигационных систем, применяются визиры типа
ОПБ-1, НКПБ, МКВ. При прохождении самолета (вертолета) по мар-
шруту съемки эти навигационные системы позволяют:
- контролировать точность прокладки курса следования по заданно-
му маршруту;
- контролировать точность прокладки поперечного базиса съемки;
- намечать ориентиры на оси очередного съемочного маршрута;
- намечать начало и окончание маршрута;
- определять боковое уклонение от линии заданного пути (оси мар-
шрута);
- измерять горизонтальные и вертикальные углы относительно про-
дольной оси самолета (вертолета);
- измерять углы сноса и интервал фотографирования (съемки).
35
Курсовые приборы. При выполнении съемочного полета применяют-
ся три автономных метода определения курса следования: магнитный,
гироскопический и астрономический. Соответственно используют маг-
нитные индукционные компасы, гироскопические компасы и астроно-
мические компасы.
Автоматические системы управления аэрофотосъемочным полетом.
В целях повышения производительности работ и улучшения качества
съемочного материала, аэрофотосъемочный полет осуществляется инст-
рументальными методами в режиме автоматического программного пи-
лотирования с использованием комплекса пилотажно-навигационных
приборов и систем. Основой такого комплекса является автопилот с про-
граммным устройством. Для измерения путевой скорости и текущего уг-
ла сноса и выдачи информации об их величине в комплекс включен доп-
леровский измеритель скорости и сноса (ДИСС). В настоящее время при
выполнении аэросъемочных работ применяют спутниковые системы на-
вигации. Принцип действия их основан на использовании специального
комплекса орбитальных спутников Министерства обороны США, кото-
рые имеют аббревиатуру GPS (Global Positioning System). Данная система
позволяет (по данным замеров расстояний до 4-х спутников) с высокой
точностью вычислять свою широту, долготу и высоту над Землей.
3.L2. Космические летательные аппараты
Сущность космических съемок. Космической съемкой называют
съемку поверхности Земли с космических летательных аппаратов
(КЛА). Нижняя граница околоземного космического пространства, где
КЛА может совершать устойчивые обороты вокруг Земли, 140-150 км.
Максимальная высота съемки ограничивается целесообразным мини-
мальным масштабом изображения поверхности Земли. Для съемки зем-
ной поверхности из космоса в целях изучения природных ресурсов ис-
пользуются различные космические аппараты (КА). В основном это
искусственные спутники Земли (ИСЗ). Иногда выборочные съемки от-
дельных территорий или объектов выполняют с пилотируемых косми-
ческих кораблей (ПКК) или пилотируемых долговременных орбиталь-
ных станций (ДОС).
К особенностям космического зондирования Земли относятся пере-
мещение КЛА по орбитам по законам небесной механики и аэродинами-
ки, быстрое изменение по трассе полета условий освещенности, влияние
всей толщи атмосферы на качество изображения, большое разнообразие
ландшафтов, которые могут иметь различное сезонное состояние.
36
Съемки из космоса осуществляют КЛА, движущиеся по разным ор-
битам (круговым, эллиптическим и др.) на разных высотах (Н) (рис.3.1).
КЛА, предназначенные для проведения съемок земной поверхности в
целях исследования природных ресурсов Земли, запускают обычно на
круговые или примерно круговые орбиты с Н = 200-1000 км, имеющие в
проекции синусоидальную форму (рис. 3.2). При съемке с круговых ор-
бит получают снимки различных участков земной поверхности, близких
по масштабу. С увеличением Н увеличиваются срок существования
КЛА, охват территории съемкой, но уменьшается масштаб (разрешение
на местности) снимков.
Рис. 3.1. Орбиты ИСЗ: а - круговая; б - эллиптическая
КЛА движется по орбите со скоростью, превышающей скорость са-
молета в сотни раз. Для круговой орбиты скорость КЛА постоянна и
зависит от высоты орбиты. Для околоземных орбит период обращения
КЛА вокруг Земли в минутах определяется по формуле
*об
и
= 84,4 + —
50
В среднем он составляет 1,5 ч (14-16 витков в сутки). Трассы КЛА
могут иметь различную форму.
Определенные ограничения возможностей космической съемки свя-
заны с наклонением орбиты (рис.3.2).
Рис. 3.2. Схемы витков и зон возможного охвата съемкой при разных наклонениях
орбит ИСЗ: а - пилотируемые КПА (наклонение 52°); б - метеорологические и ресурсные
ИСЗ (наклонение 80° и более); в - трасса полета спутника при движении по круговой
орбите с периодом обращения (=100 минут и наклонением i = 65°
Ресурсные и метеорологические ИСЗ запускают на квазиполярные
или субполярные орбиты с наклоном к плоскости экватора 80° и более,
что обеспечивает съемку всей поверхности Земли вплоть до полярных
38
районов. Пилотируемые космические корабли и орбитальные космические станции
имеют меньшее наклонение орбиты. Так, советские ПКК, ДОС «Салют» и «Мир» имели
наклонение 52° (ПКК «Союз-22» - 65°), что обеспечивало съемку большей части земного
шара, за исключением территорий приполярной и частично умеренной зон в северных и
южных широтах. Такое же наклонение орбиты имеет и современная международная кос-
мическая станция (МКС). Орбиты американских ПКК «Меркурий», «Джемени», «Апол-
лон» имели наклонение 29-30°. Наклонение орбиты многоразовых спутников (челноков)
«Шаттл» - 57°.
Высота орбиты вместе с характеристиками съемочной аппаратуры
определяет масштаб съемки и соответственно пространственное разре-
шение съемочных материалов на местности. ПКК, ДОС, ИСЗ с фото-
графической аппаратурой обычно запускают на околоземные орбиты
высотой 200-400 км. Круговые орбиты большинства метеорологических
и ресурсных ИСЗ имеют высоту около 600-1000 км.
Орбиты КЛА характеризуются также положением относительно
Солнца или определенных районов земной поверхности. Рассмотрим
геосинхронные (геостационарные) и солнечно-синхронные орбиты. На
геосинхронной (геостационарной) орбите КЛА движется вокруг Земли с
угловой скоростью, равной скорости вращения Земли. Это обеспечивает
синхронность движения КЛА относительно земной поверхности, над
которой он находится. КЛА как бы зависает над определенным районом
Земли, что обеспечивает постоянное наблюдение за явлениями и про-
цессами, происходящими в наблюдаемом районе (рис.2.1,6). Поскольку
скорость движения КЛА связана определенной зависимостью с высотой
орбиты, геосинхронность обеспечивается лишь на орбите, удаленной от
Земли на 36000 км. Особенность солнечно-синхронной орбиты заклю-
чается в том, что КЛА проходит над каждым заданным районом в одно
и то же местное время, а это позволяет проводить повторные съемки и
наблюдения в одинаковых условиях освещенности. Такую орбиту име-
ют современные ресурсные ИСЗ.
Работу ИСЗ на солнечно-синхронной орбите обеспечивает следующее. Из-за нецен-
тральности гравитационного поля Земли, вызванного полярным сжатием, плоскость орби-
ты ИСЗ не остается постоянной во времени и пространстве, она поворачивается вокруг
земной оси. При наклонении орбиты менее 90° точки пересечения ее плоскости с плоско-
стью, проходящей через экватор Земли, перемещаются вдоль линии экватора с востока на
запад, а и при наклонении более 90° - в обратном направлении. Смещение круговой орби-
ты за один виток ZI2, которое зависит в большей степени от наклонения орбиты / и в
меньшей степени от ее высоты Н, может быть вычислено (в радианах) по формуле, учи-
тывающей полярное сжатие земного эллипсоида:
EQ=2nc cos i/ц (R+H)2,
где e = 2,934-105 км3/с2 - постоянная величина, характеризующая сжатие Земли;
R = 3,9860-105 км3/с2 - коэффициент тяготения Земли; R - средний радиус Земли, рав-
ный 6370 км.
Солнце медленно перемещается по небесной сфере с запада на восток за счет движе-
ния Земли вокруг него в течение года. Поэтому, выбирая подходящие значения высоты
39
орбиты и наклонения в пределах 90°, можно добиться равенства по знаку и по величине
скорости перемещения узловых точек орбиты (точек пересечения плоскости орбиты с
плоскостью экватора) и скорости перемещения Солнца по небесной сфере. У такой орби-
ты расположение Солнца по отношению к ее плоскости мало изменяется с течением вре-
мени, испытывая лишь небольшие сезонные колебания, связанные с перемещением Солн-
ца из одного полушария в другое, а также с эллиптичностью орбиты Земли. За счет этого
проекция орбиты может отклоняться от среднего положения в направлении вдоль эквато-
ра на угол, не превышающий 5°, а в вертикальном направлении 23,5°. Местное время
Солнца для любой точки Земли в момент прохождения ИСЗ постоянно и зависит от вре-
мени вывода ИСЗ на орбиту.
Съемку из космоса выполняют при разной ориентации оптической
оси съемочной камеры. При плановой съемке оптическую ось ориенти-
руют по направлению к местной вертикали, находящейся в плоскости
орбиты носителя, перпендикулярной земной поверхности. Направление
оптической оси может быть и под разными углами относительно мест-
ной вертикали.
Космическую съемку, как и аэрофотосъемку, можно выполнять оди-
ночными кадрами, в виде маршрутов, и сплошную - с заданными про-
дольными и поперечными перекрытиями. Ширина полосы съемки L
зависит от Н полета КЛА и угла обзора 2р съемочной системы:
L=2Htgp.
Для этого период обращения рассчитывают так, чтобы КЛА совер-
шал за сутки не совсем точное целое число оборотов, а пересечение им
экватора через сутки происходило с небольшим опозданием или опере-
жением, за которое Земля поворачивается на некоторый угол, обеспечи-
вающий заданное смещение трассы. Ширина полосы съемки может
быть увеличена за счет установки дополнительных одной или двух съе-
мочных камер под определенным углом наклона.
Космические системы дистанционного зондирования Земли. За-
пуск космического аппарата (КА), управление его полетом, проведение
съ.емки, доставка информации на Землю обеспечиваются с помощью
средств управления полетом. Они включают наземные измерительные и
информационные системы, которые образуют вместе с КА единые, как
правило, многоцелевые, народнохозяйственные космические комплек-
сы. Для изучения природных ресурсов Земли (ИПРЗ) используют на-
блюдательные космические комплексы, подразделяемые на две группы:
а) предназначенные для наблюдения за поверхностью Земли, называе-
мыми космическими комплексами исследования природных ресурсов;
б) предназначенные для наблюдения за атмосферой, получившими на-
звание метеорологических космических комплексов (рис. 3.3, 3.4).
Получение информации о земной поверхности, в том числе о лесах
и древесно-кустарниковой растительности, в настоящее время обеспе-
40
чивают различные беспилотные космические аппараты (КА) многоце-
левого назначения, созданные специально для исследования природных
ресурсов Земли и окружающей среды.
Ресурсные
Метеорологические Геодезические
Навигационные
Связные
РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ
Исследование природных ресурсов Зем- ли, в т. ч.: изучение и картографиро- вание лесов, контроль за их . состоянием, использовани- ем и динами- кой Наблюдение за синоптической обстановкой, снежным по- кровом, вы- явление и контроль ди- намики круп- ных лесных пожаров Уточнение и дальнейшее развитие гео- дезической основы карто- графических материалов Определение координат самолетов, судов, экспе- диций, лесных пожаров, транспортных средств и т.д. Организация связи, радио- вещание, теле- видение, пере- дача матриц газет, журна- лов, другой информации
Рис. 3.3. Классификация космических комплексов
Искусственные спутники Земли. Для съемки земной поверхности
в целях исследования природных ресурсов Земли используются (или
использовались) различные ИСЗ гражданского назначения, запускаемые
разными странами на околоземные орбиты. Это российские ИСЗ серии
«Ресурс-Ф», «Ресурс-01», «Океан», «Метеор». В 70-80-х гг. съемку
земной поверхности производили с ИСЗ серии «Космос», «Метеор-
Природа», «Алмаз» и др. Зарубежные космические системы включают
американские ИСЗ «Landsat», NOAA, EOS (Terra), IKONOS, француз-
ский SPOT, индийский IRS, японский JERS, канадский RADARSAT,
41
спутник Европейского космического агентства ERS и др. В России,
США и в некоторых других странах проводят также съемку с помощью
спутниковых систем национальной безопасности с повышенным про-
странственным разрешением.
Рис. 3.4. Средства наблюдения за Землей
Пилотируемые космические корабли. Это российские ПКК серий «Восток», «Восход»,
«Союз», американские ПКК «Меркурий», «Джемини», «Аполлон», с которых в 60-70-х гг.
проводились разнообразные, преимущественно фотографические, съемки отдельных от-
носительно небольших территорий земной поверхности как ручными камерами, так и
специальными съемочными системами в автоматическом режиме при участии операто-
ров-космонавтов. В настоящее время для съемки иногда используются лишь американские
корабли многоразового действия системы «Шаттл».
Пилотируемые орбитальные станции: Российские «Салют» (1971 -1987гг), «Мир»
(1986-2000гг.), американская станция «Скайлэб» (1973г.). С них проводилась эпизодиче-
ская съемка поверхности Земли преимущественно в методических целях, и велись космо-
визуальные наблюдения за природными объектами, в том числе и лесами. Россией, США
при участии других стран создана Международная космическая орбитальная станция
(МКС), которая начала функционировать в 2001 гг. В принципе с нее также могут прово-
диться съемки Земли. Расположение средств наблюдения Земли из космоса на орбитах
показано на рис.3.4.
42
3.2. Технические средства дистанционных съемок
Для регистрации отраженной солнечной радиации наведенного, а
также собственного излучения земной поверхности на воздушных и
космических носителях устанавливают аэрофотоаппараты, оптико-
электронные системы, радиометры, радиолокаторы и другие устрой-
ства, позволяющие использовать как естественные, так и искусственные
источники излучения.
3.2.1. Фотографические средства аэрокосмических съемок
3.2.1.1. Аэрофотоаппараты, применяемые при аэро- и космических
съемках
В применяемых для аэро- и космических съемок аэрофотоаппаратах
(АФА) реализованы три основные схемы фотографирования: кадровое,
щелевое и панорамное (рис.3.5). Применяемые при этом АФА называют
соответственно кадровыми, щелевыми и панорамными. Наибольшее
применение имеют кадровые топографические АФА. Современные
аэрофотоаппараты могут быть использованы для съемки с любых лета-
тельных аппаратов как из воздушной среды, так и из космоса.
Рис. 3.5. Схемы построения изображения при кадровом, щелевом и панорамном фотогра-
фировании (слева - направо): 1 - фотографируемый участок местности; 2 - объектив;
3 - фотоматериал; 4 - экспонирующая щель; f- фокусное расстояние объектива;
Н - высота фотографирования
При кадровом фотографировании (рис. 3.5, слева) участок земной
поверхности 1 одновременно проектируется при помощи фотообъекти-
ва 2 на плоскость 3, с которой совмещается светочувствительный слой
фотоматериала. Фотографическое изображение местности получается в
виде отдельных кадров-аэрофотоснимков или космических снимков, а
43
оптическая ось съемочной камеры перпендикулярна к плоскости 3. При
кадровом фотографировании получают изображения, которые являются
центральной проекцией местности. Размеры кадра изображения в плос-
кости 3 ограничены прикладной рамкой. Наиболее широко применяют
форматы 18x18, 23x23 и 30x30 см. Формат кадра может быть и не квад-
ратным.
Различают следующие основные виды аэрокосмической фотосъемки
кадровыми фотоаппаратами.
- Однокамерную, при которой съемка местности проводится одним
фотоаппаратом, в том числе разных участков местности за счет его на-
клона (качания).
- Многокамерную, при которой одновременно получают несколько
(по числу фотокамер, установленных на борту носителя) изображений
местности по способу кадрового фотографирования.
Имеются две разновидности многокамерного вида фотосъемки:
а) оптические оси отдельных фотокамер располагаются под некоторым
углом друг к другу (углом конвергенции), обеспечивая или увеличение
площади захвата фотографируемого участка местности, или фотографи-
рование одного и того же участка местности с некоторым сдвигом-
перекрытием (стереоскопическая фотосъемка); б) оптические оси от-
дельных фотокамер параллельны между собой (при съемке одного и
того же участка местности в разных зонах спектра).
- Однокамерная многообъективная, при которой у фотокамеры в
одном общем корпусе расположено несколько объективов, оптические
оси которых параллельны между собой и перпендикулярны к плоскости
прикладной рамки. Плоскость прикладной рамки фотокамеры разделена
на отдельные ячейки по числу объективов и каждая из них предназна-
чена для изображения от соответствующего объектива.
Различают две разновидности этого вида фотосъемки: а) фотографи-
рование одного и того же участка местности (многозональная фото-
съемка); б) фотографирование различных участков местности, для чего
перед объективами устанавливают зеркала или призмы, обеспечиваю-
щие отклонение связок проектирующих лучей и получение единого фо-
тоснимка сфотографированного участка местности.
При щелевом фотографировании (рис. 3.5, в середине) полоса зем-
ной поверхности 1 непрерывно и последовательно проектируется при
помощи поступательно перемещающегося фотообъектива 2 на непре-
рывно движущуюся в том же направлении фотопленку 3 через щель 4.
Скорости перемещения объектива и фотопленки согласованы. При ще-
левом фотографировании изображение земной поверхности представля-
44
ется не в виде отдельных кадров, а в виде сплошной ленты - непрерыв-
ной последовательностью изображений узких полос земной поверхно-
сти 1; закону центральной проекции соответствует только изображение
узкой полосы местности, получаемое в плоскости щели 4 в некоторый
момент времени.
При панорамном фотографировании (рис. 3.5, 3.6) участок земной
поверхности проектируется при помощи фотообъектива 1 и экспони-
рующей щели 2 на фотоматериал 3, при этом обеспечивается практиче-
ски мгновенное последовательное проектирование участка местности на
фотоматериал, что достигается, например, вращением фотообъектива
или другими способами.
Рис. 3.6. Принципиальная схема панорамного фотоаппарата:
1 - объектив; 2 - экспонирующая щель; 3 - фотопленка
В результате панорамного фотографирования получают отдельные
полосы-панорамы, изображающие иногда земную поверхность от гори-
зонта до горизонта.
Кадровый аэрофотоаппарат имеет следующие основные узлы
(рис. 3.7): съемочную камеру (фотокамеру) I, кассету II, аэрофотоуста-
новку III и блок управления -командный прибор IV. Съемочная камера
и кассета составляют фотокамеру, которая помещается в фотоотсеке V
летательного аппарата.
45
3.7. Устройство кадрового фотоаппарата:
/ - съемочная камера; 2 - корпус камеры; 3 - объектив; 4 - фотозатвор; 5 - плоскость
прикладной рамки;6 - фотоматериал; 7 - прижимной стол; 8 - выравнивающее стекло;
9 -механизм фотокамеры; 10 - защитное стекло; 11 - светофильтр; 12 - блок регист-
рирующих приборов; 13 - проектирующая линза; 14. 15 - сматывающая и разматываю-
щая катушки; 16 -механизм кассеты; 17 - защитное стекло
В нижней части съемочной камеры АФА расположен объектив 3,
между компонентами которого у большинства аппаратов размещен фо-
тозатвор 4. Верхнее основание 5 корпуса съемочной камеры, обычно
жестко скрепленное с объективом, является плоскостью прикладной
рамки (прикладной рамкой).
К прикладной рамке в момент экспонирования прижимается свето-
чувствительный слой фотоматериала 6, для чего имеется специальное
выравнивающее устройство. Обязательными частями его являются при-
жимной стол 7 и выравнивающее стекло 8. В плоскости прикладной
рамки АФА имеются координатные метки, которые фиксируются на
каждом фотоснимке и определяют его координатную систему.
На фотоснимках некоторых АФА фиксируются также контрольные
метки, которые служат для учета искажений изображения, обусловлен-
ных деформаций фотоматериала и другими факторами. Контрольными
46
метками служат обычно кресты, нанесенные с точностью порядка 2
мкм на поверхности выравнивающего стекла через 1-2 см или стеклян-
ные масштабные линейки с метками через 1 см, размещенные вдоль
сторон прикладной рамки.
На аэрофотоснимках регистрируются также сведения о времени по-
лета и объекте фотографирования, типе АФА, его номер, фокусное рас-
стояние, марка объектива, данные о показаниях приборов для определе-
ния элементов внешнего ориентирования снимков, номер кадра и др.
В некоторых АФА на снимках фиксируются изображения оптиче-
ского клина, позволяющие оценить качество проявления, показания ва-
куума при использовании пневматических способов выравнивания, гео-
графические координаты точки фотографирования, курс носителя, угол
сноса и др.
Дополнительная информация фиксируется специальными регистри-
рующими устройствами.
Размещается фотопленка в кассете. В ней производится ее перемот-
ка и отмеривание по размеру кадра, выравнивание пленки в плоскость.
В зависимости от толщины подложки кассета вмещает фотопленку дли-
ной 60 или 120м.
Фотообъектив состоит из оптической и механической частей. Оп-
тическая часть представлена закрепленными в корпусе линзами различ-
ной кривизны и формы, которые подбирают с целью получения оптиче-
ского изображения с заданными свойствами. Механическая часть, затвора
и диафрагма размещаются в межлинзовом пространстве объектива.
Для регулирования времени выдержки (от 1/40 до 1/1000с и менее)
экспонирования фотопленки служит затвор. Изменение выдержек про-
исходит ступенчато (например, 1/125, 1/250, 1/500). В момент открытия
затвора летательный аппарат и вместе с ним АФА перемещаются отно-
сительно снимаемой местности, что вызывает перемещение оптического
изображения относительно аэрофотопленки. Это приводит к «смазу»
фотографического изображения, уменьшающему его резкость и разре-
шающую способность снимка. «Смаз» из-за поступательного движения
летательного аппарата уменьшается при уменьшении выдержки:
/ W,
где т - знаменатель масштаба снимка; адоп - значение допустимого
«смаза»; ГК - скорость летательного аппарата.
Но выдержка может быть уменьшена в определенных пределах. Для
Устранения или уменьшения «смаза» в некоторых типах АФА приме-
няют компенсаторы сдвига изображения, с помощью которых в момент
экспонирования устраняют перемещение оптического изображения от-
47
носительно светочувствительного слоя. На качество изображения ока-
зывают влияние, кроме «смаза» оптического изображения, вызванного
линейным перемещением АФА, также угловые движения летательного
аппарата и вибрационные сдвиги, вызываемые в основном вибрацией от
работы двигателей летательных аппаратов.
Для изменения диаметра входного отверстия объектива и регулиро-
вания количество светового потока, проходящего через объектив, слу-
жит диафрагма. Чем больше диаметр диафрагмы, тем больше осве-
щенность экспонируемой фотопленки. В практике для описания разме-
ра отверстия объектива используют величину, называемую его относи-
тельным отверстием:
Ук = i/fk9
где i - диаметр входного отверстия;^ - фокусное расстояние.
Используют стандартные дискретные значения относительных от-
верстий объективов, знаменатели которых равны 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16;
22; 32. Переход к соседнему индексу диафрагмы изменяет освещен-
ность светочувствительного фотоматериала в 2 раза.
Основными характеристиками фотообъектива являются фокусное
расстояние, дисторсия, разрешающая способность, угол поля изображе-
ния, светораспределение по полю изображения.
Фокусное расстояние fk объектива, или главное фокусное расстоя-
ние, - это расстояние от задней узловой точки объектива до главного
фокуса. Через главный фокус перпендикулярно оптической оси прохо-
дит фокальная плоскость, в которой строится изображение и где распо-
лагается фотопленка. В АФА применяют объективы с фокусными рас-
стояниями от 20...30 мм до нескольких метров. Фокусное расстояние и
высота фотографирования Н определяют масштаб фотографирования:
l/m=fk/H,
ТД& т - знаменатель масштаба фотографирования.
При неизменной высоте фотографирования чем больше фокусное
расстояние, тем крупнее масштаб съемки. При аэросъемке лесов приме-
няют обычно АФА с фокусными расстояниями объективов в пределах
10-30 см, при съемке из космоса-до 1м и более.
Важной характеристикой объективов АФА является их дисторсия
(частный случай аберрации), которая приводит к нарушению связки
проектирующих лучей, формирующих оптическое изображение. Нару-
шение связки лучей происходит за счет неодинакового преломления
различно направленных проектирующих лучей ASa (рис. 3.8). Это вы-
зывает неравномерное смещение точек (Аг) по полю снимка.
48
Рис. 3.8. Схема действия дисторсии
Геометрически дисторсия есть вектор, определяющий направление
и размер смещения точки от ее идеального положения. Дисторсия мо-
жет быть радиальной, имеющей направление к центру или от центра
снимка, и тангенциальной, направление которой перпендикулярно ра-
диальному. Ее определяют при фотограмметрическом исследовании по
всей площади кадра АФА в дискретных точках. У различных типов
объективов она варьирует от 0,002...0,005 мм до десятых долей милли-
метра. В некоторых объективах дисторсия практически не искажает
изображение. Такие объективы называют ортоскопическими. При ком-
пьютерной фотограмметрической обработке снимков вводятся поправки
в положение точек изображения с учетом величины дисперсии.
Важной характеристикой объективов является их разрешающая спо-
собность, под которой понимают свойство воспроизводить раздельно
оптическое изображение двух близко расположенных точек или линий,
при ее определении используют штриховые и радиальные миры (см.
рис.3.11). В центре снимка изображение имеет разрешающую способ-
ность больше, чем на краю. Поэтому при дешифрировании мелких де-
талей снимаемых объектов предпочтительнее использовать централь-
ные части снимков. Падение разрешающей способности от центра к
краю в длиннофокусных объективах незначительно. Имеются объекти-
вы, разрешающая способность которых не изменяется по полю изобра-
жения.
Характеристикой аэрофотообъективов, определяющей их фотомет-
рические свойства, является светораспределение в плоскости снимка.
Освещенность в фокальной плоскости АФА уменьшается от центра к
краю. Функция светораспределения описывается законом Ламберта
Ер = E0cosn ft,
где Ер - освещенность в точках поля изображения; Ео - освещенность
в центре поля изображения; п - коэффициент, равный 1, 2, 3,4.
49
Из-за неравномерности светораспределения объекты одинаковой яр-
кости при изображении их в центре или в краевой части снимка имеют
различную оптическую плотность, а на цветных снимках - разный цвет.
Образованный исходящими из задней узловой точки объектива лу-
чами угол 2/? и опирающимися на диагональ прикладной рамки АФА d
называют углом поля изображения (рис.3.9). По его значению АФА
подразделяют на узкоугольные (менее 15°), широкоугольные (более 60°)
и нормальноугольные (15 - 60°).
Увеличение угла поля изображения увеличивает неравномерность
светораспределения от центра к краю и уменьшает разрешающую спо-
собность снимка. В целях устранения неравномерности светораспреде-
ления в широкоугольных аппаратах, где она может быть значительной,
напиливают объективы металлическим порошком, плотность слоя ко-
торого уменьшается от центра к краю.
Рис. 3.9. Поле и угол поля изображения
Аэрофотоаппарат устанавливают в аэрофотоустановку (АФУ), в
.которой он крепится на летательном аппарате. Она обеспечивает ори-
ентирование (вручную или автоматически) АФА в заданном положении
и уменьшает влияния вибрации. При производственных аэрофотосъем-
ках применяют обычно гиростабилизирующие АФУ, снижающие влия-
ния продольных и поперечных наклонений летательных аппаратов.
Для автоматического включения АФА через определенный интер-
вал времени применяют электрические и оптикоэлектронные команд-
ные приборы (интервалометры). По электрическому сигналу с команд-
ного прибора выполняются перемотка пленки, взвод затвора, выравни-
вание пленки в плоскость, экспонирование (срабатывание затвора).
Управляют всем комплексом узлов фотоаппарата и синхронизацией
их с другой специальной аппаратурой (например, с космической нави-
гационной аппаратурой GPS) с пульта управления, находящегося на
50
борту летательного аппарата с помощью бортового компьютера (при
космических съемках - из центра управления полетом на Земле). Обес-
печивается отображение на дисплее компьютера маршрута полета, раз-
воротов, открытие затвора в заданной точке, запоминание координат
точки, в которой не произошло экспонирование фотопленки и т. д. Но-
вое поколение съемочного оборудования существенно повышает каче-
ство съемочных материалов.
Важнейшей деталью АФА, применяемых для аэрокосмических съе-
мок, является светофильтр. Свойства светофильтра зависят от цвета и
густоты (плотности) окраски, а также кратности. Цвет окраски опреде-
ляет, какие лучи спектра пропускает и поглощает светофильтр, а густо-
та - с какой интенсивностью (чем гуще окраска, тем сильнее поглоща-
ются лучи). Кратность показывает, во сколько раз должна быть увели-
чена выдержка по сравнению с выдержкой при фотографировании без
светофильтра.
Основные типы светофильтров, применяемых для аэрокосмических
съемок, приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Типы светофильтров, применяемые при аэрокосмических съемках
Тип светофильтра Цвет Зона поглощения (до нм) Кратность
ЖС-12 Желтый 450 1,0
ЖС-14 Желтый 470 1,2
ЖС-18 Желтый 510 1,7
ОС-12 Оранжевый 550 2,0
ОС-14 Оранжевый 570 2,5
КС-14 Красный 640 4,0
Для исключения вредного влияния атмосферной дымки чаще приме-
няют желтые светофильтры ЖС-18 и компенсационные, поглощающие
коротковолновую часть спектра (до 450-500 нм) - фиолетовые и синие
лучи.
При фотографировании с высоты более 3000 м рекомендуют приме-
нять оранжевый светофильтр с зоной поглощения до 580 нм. При выде-
лении информативных зон в комбинации с разными типами пленок ис-
пользуют оранжевые ОС-14 и красные КС-14 светофильтры.
Для аэрофотосъемки применяют различные аэрофотоаппараты. Ос-
новные технические характеристики кадровых аэрофотоаппаратов, наи-
более широко применявшихся и применяющихся в практике отечест-
51
венных аэрофотосъемок, в том числе и лесов, приведены в табл. 3.3.
Начинает находить применение цифровая аэрофотосъемка с примене-
нием матричных электронных приемников излучения.
Таблица 3.3
Техническая характеристика аэрофотоаппаратов
Характери- стики Типы аэрофотоаппаратов
АФА-ТЭ АФА-41 АФА-42 АФА- ТЭС ТАФА- 10 MRB LMK RMK ТОР
Фокусное расстояние, мм 55; 70; 100; 140; 200;350; 500 75; 100; 200 200; 500; 750; 1000 50; 70; 100 100 90;152; 305; (115- 210) 152 153; 305
Формат кадра, см 18x18 18x18 30x30 18x18 18x18 23x23 (18x18) 23x23 23x23
Эффективная минимальная выдержка, с 1/300- 1/400 1/700 1/500- 1/800 1/700- 1/850 1/70- 1/1000 1/1000 1/500 1/500
Остаточная дисторсия, мкм 200 100 300 10-50 10 6 (8-20) 5-2 3
Разрешающая способность (центр-край), мм ’’ 40-25 28-10 60-42 20-7 35-8 70-55 22-18 90-15 95-20 (40) 250-65 90-15
Наличие фотометриче- ского серого клина Нет Нет Нет Нет Нет Есть Есть Есть
Фотографирование земной поверхности из космоса осуществляют с
помощью кадровых, панорамных и щелевых фотоаппаратов. Съемки с
ИСЗ гражданского назначения выполняют преимущественно кадровыми
фотоаппаратами с размером кадра 180x180, 230x230, 300x300. Диапа-
зон фокусных расстояний их колеблется от десятков миллиметров до 1
м и более. Если нужно получить обзорные снимки, используют широ-
коугольные камеры с короткофокусными объективами (4=30 -100 мм),
для получения снимков повышенной детализации - камеры с длиннофо-
кусными объективами (fK= 200 - 1000 мм и более).
Разрешение на местности (R) космических фотоизображений может
колебаться в значительных пределах - от единиц до десятков и даже
сотен метров. Оно определяется высотой орбиты Я, фокусным расстоя-
нием объектива fk, разрешающей способностью системы (Rcucm) «объек-
тив - пленка» (лин/мм):
52
R =
Rcucmfk
Rcucm, в свою очередь, определяется из соотношения:
+—•
t1a/n R Р
^об Кфп
Разрешающая способность объектива Roe современных фотоаппара-
тов, применяемых для космической съемки, лежит в основном в преде-
лах 60-100 лин/мм для центра объектива и 40-80 лин/мм для его краев.
Разрешающая способность фотопленок R(t)n составляет 100-200 лин/мм
и зависит в основном от чувствительности пленки. Высокая разрешаю-
щая способность космических изображений позволяет увеличивать их в
4-5 и более раз без потери качества, обеспечивая извлечение максимума
содержащейся в них информации.
Для фотографирования земной поверхности из космоса на КА «Ре-
сурс-Ф» устанавливали фотоаппараты КФА-1000 (К-100), СА-М, К-20 и
др.
Фотоаппарат КФА-1000 (К-100) снабжен объективом cfK = 1000 мм
и имеет формат кадра 30x30 см. Со штатных высот полета
(200-280 км) получают оригинальные фотоизображения в масштабах
1:200 000-1:280 000 на спектрозональных, реже на цветных с натураль-
ной цветопередачей или черно-белых пленках, с разрешением на мест-
ности 5-10 м. Полоса захвата съемки до 81 км. Съемка производится с
продольным перекрытием между кадрами около 60% и поперечным
перекрытием 10-15%. Снимки могут быть увеличены до 1 Ох и более или
преобразованы в цифровую форму.
Фотоаппарат СА-М представляет собой блок из четырех фотоаппаратов, выполняю-
щих съемку местности в четырех различных диапазонах. Фокусное расстояние объективов
300 мм, формат кадра 18x18 см. Масштаб изображений получаемых с высоты орбиты в
300 км - 1:1 000 000. Разрешение на местности переменное и в зависимости от высоты
съемки и применяемых фотопленок может достигать 6 м. При съемке используют комби-
нацию из четырех из возможных шести спектральных диапазонов съемки, нм:
канал № 1 - 635-690; канал № 3 -515-565; канал № 5 - 580-800;
канал № 2 - 810-900; канал № 4 - 460-505; канал № 6 - 400-700.
Компенсация сдвига изображения, вызванного движением спутника по орбите, обес-
печивается линейным перемещением прижимного стола. На кадрах четырех зон камеры в
момент фотографирования впечатывается фотометрический клин шириной 6 мм, мини-
мальная оптическая плотность 0,2. Тип применяемых фотопленок: Т-22, Т-27, СН-8, СН-
10» ЦН-3, ЦН-4, И-840, запас фотопленки (толщиной 90 мкм) в кассете 250 м, ширина
полосы фотографирования 180 км. Съемки проводятся с продольным перекрытием около
%. Снимки имеют высокие геометрические параметры. По снимкам, полученным в
Различных зонах, может быть выполнен синтез изображений.
53
Фотоаппараты типа К-20. Размер кадра 18x18 см, фокусное расстояние 200 мм. С
высоты рабочей орбиты спутника обеспечивается получение изображений земной поверх-
ности в масштабах 1:1000000 - 1:1350000. На одном кадре снимается площадь порядка
40000 км2.
Три однотипных фотоаппарата К-20 могут служить для многозональной съемки, но
могут работать и порознь, например, для съемки на разные типы пленок (черно-белую,
спектрозональную, цветную с натуральной цветопередачей и т.п.). Светофильтры, уста-
навливаемые перед объективами, и используемые светочувствительные материалы позво-
ляют регистрировать световые потоки в спектральных интервалах 500-600 нм, 600-700 и
700-900 нм. Разрешение изображений в зоне 600-700 нм -15 м, в зеленой и ближней
инфракрасной зонах - 20-30 м, в зоне 700-900 нм - 25-35 м.
Фотоаппарат КАТЭ-140 имеет формат кадра 18x18 см,/>140 мм. Разрешение сним-
ков при высоте съемки в 200 км составляет около 50-70 м.
Многозональная камера МКФ-6 состоит из шести (МК-4 - из четырех) синхронизиро-
ванных однотипных камер (размер кадра 55x81 мм,/. = 125 мм), объединенных в один
блок, выполняет съемку одного и того же участка местности в шести (МК-4 - в четырех)
зонах электромагнитного спектра (460-500; 520-560; 580-620; 640-680; 700-740 и 780-860
нм). Эти камеры обеспечивают получение высококачественных снимков с разрешением на
местности 20-50 м.
На ДОС «Мир» и ДОС «Салют» эксплуатировался комплект съемочной фотоаппара-
туры, в который входили стационарный фотоаппарат КАТЭ-140, многозональная аппара-
тура МКФ-6 и МСК-4 и переносные фотокамеры («Зенит», «Практика» и др.).
В США для фотографирования земной поверхности с ИСЗ «Шаттл» использовали
топографические фотокамеры RMK-30/23 с размером кадра 23x23 см мД = 305 и 610 мм,
обеспечивающие получение с высош 250 км снимков в масштабах около 1:800000 и
1:400000 с разрешением на местности 25-30 и 12-15 м, с полосой захвата на местности 180
и 90 км, а также широкозахватную топографическую камеру LFC с размером кадра 23x46
см и Д = 305 мм, обеспечивающую при съемке с высоты 250 км разрешение на местности
14 м на черно-белой и 25 м на цветной фотопленках. Ранее на американских ПКК и ИСЗ
устанавливалась и длиннофокусная фотоаппаратура cfK = 1270 мм и 3 м.
3.2.1.2. Фотографические материалы
Фотопленки. Состоят из основы (подложки) и светочувствительного
олоя (эмульсии). В качестве подложки используют целлулоид или лав-
сан, которые мало деформируются при фотолабораторной обработке.
Светочувствительный слой состоит из мелких кристалликов (d «1 мкм)
бромистого серебра с примесью йодистого серебра, равномерно взве-
шенных в желатине.
Фотографические свойства пленки характеризуются общей и спек-
тральной светочувствительностью, вуалью, контрастностью, широтой и
разрешающей способностью. Эти качественные показатели пленки уста-
навливают по результатам сенситометрических испытаний при помощи
специальной аппаратуры: сенситометра, проявительного прибора и ден-
ситометра. При испытаниях пленку помещают в сенситометр и подвер-
гают действию света, проходящего через оптический клин со ступе-
54
нями различной плотности, которые в разной степени ослабляют падаю-
щий на них свет. После фотолабораторной обработки получают пленку,
состоящую из участков различной степени почернения, называемую сен-
ситограммой, которую затем помещают в денситометр и измеряют опти-
ческие плотности каждой ее ступени. По полученным данным строят ха-
рактеристическую кривую - график зависимости плотности изображения
О от логарифма количества освещения или экспозиции lg Н (рис. 3.10).
Общая светочувствительность пленки - способность ее после экс-
понирования и проявления чернеть, т. е. достигать определенной опти-
ческой плотности. Численно светочувствительность есть величина об-
ратно пропорциональная экспозиции, создающей на фотографической
эмульсии некоторую плотность). Светочувствительность фотопленки
определяют по экспозиции, которая создает почернение, превышающее
плотность вуали на величину, равную 0,85.
Спектральная чувствительность, или цветочувствительность
(чувствительность пленки к определенным зонам спектра), определяет
свойства эмульсии передавать цвета фотографируемых объектов разной
степенью почернения на черно-белых пленках или различными цвето-
выми оттенками на цветных и спектрозональных пленках.
Отрезок кривой (рис.3.10) области недодержек соответствует наименьшей величине
экспозиции. Прямолинейный участок характеристической кривой - область правильных
(нормальных) экспозиций, на котором равные увеличения логарифма экспозиции вызы-
Вак>т равные приращения оптической плотности. Область передержек - конечный уча-
55
сток, где равным увеличениям логарифма экспозиции соответственно постепенно умень-
шаются приращения оптической плотности.
Отрезок по оси абсцисс, соответствующий правильным экспозициям представляет
фотографическую широту, которая характеризует способность пленки воспроизводить
соотношение яркости фотографируемых объектов при колебаниях экспозиции. Чем боль-
ше широта пленки, тем меньше ошибки экспозиции влияют на качество фотоизображения.
Начальный отрезок кривой - область вуали (способность неэкспонированной пленки к
почернению). Она практически неощутима у новой пленки, но ее плотность возрастает при
длительном хранении. Оптическая плотность в области вуали остается постоянной,
несмотря на увеличение экспозиции.
Контрастность пленки характеризует способность эмульсии пере-
давать различие в яркости отдельных частей снимаемых объектов. Ко-
эффициент контрастности определяют по характеристической кривой как
тангенс угла наклона прямолинейного отрезка к оси IgH. Чем больше угол,
тем выше контрастность эмульсии. Фотопленки различают по степени
контрастности: мягкие с контрастом 1,0 и ниже; нормальные - от 1,1 до 1,4;
контрастные - от 1,5 до 1,9; особо контрастные - свыше 2,0.
Разрешающая способность пленки (материалов съемки, съемочных
систем) характеризуется наибольшим числом линий (штрихов миры
абсолютного контраста), приходящихся на 1 мм оптического изображе-
ния, при наличии одинаковой ширины промежутков между ними
(рис.3.11).
Одна пара линий
Рис. 3.11. Измерение разрешающей способности материалов аэрофотосъемки
1 мм
4 линии/мм (4 пары линий на 1 мм)
56
Разрешающая способность характеризует возможность съемочных
материалов, как и съемочных систем, воспроизводить мелкие детали.
Она обуславливает пространственное разрешение на местности снимков
(изображений), которое характеризует размер минимального высоко-
контрастного объекта (в см, м, км) и может найти отображение на сним-
ках.
Разрешающая способность пленки определяется фотоэмульсией и
зависит от светочувствительности и размеров кристалликов галоидного
серебра. Пленки, применяемые для аэрокосмических съемок, имеют
разрешающую способность 60-250 лин/мм.
Реальная разрешающая способность аэрофотонегативов обычно со-
ставляет 10-20 лин/мм, космических фотонегативов - около 50 лин/мм.
Разрешающая способность снимков (контактной или увеличенной печа-
ти) значительно ниже. Для аэрофотоснимков она обычно находится в
пределах 8-15 лин/мм.
Если принять разрешающую способность равной 10 лин/мм, то на
снимках раздельно могут изобразиться объекты, линейные размеры ко-
торых в масштабе снимка не менее 0,05 мм. Умножив эту
величину на знаменатель численного масштаба, можно
получить размеры предельно малых величин, которые
найдут изображение на аэрофотоснимках пространствен-
ное разрешение снимка).
Иногда при стереоизмерениях аэрофотоснимков про-
исходит «потеря высоты» у конусовидных крон, так как
ширина их верхних частей бывает меньше разрешающей
способности аэрофотоснимков (см. рис. справа).
Схематическое изображение на рис.3.12 поясняет
особенности обнаружения и распознавания объектов в зависимости от
разрешающей способности аэрофотоснимков.
Сенситометрический метод испытания пленки не обеспечивает в
полной мере контроль качества негативов. Поэтому, кроме вышеука-
занных показателей, определяют контрастно-частотную характери-
стику (КЧХ), которая выражает передачу соотношения интенсивностей
(контраста) в зависимости от пространственных частот, содержащихся в
изображенном объекте, т. е. косвенно от размеров и форм последнего.
фотографирующей системы (объектив - фотопленка) можно полу-
чить по фотографируемому изображению теста-объекта - миры и рас-
четным путем.
Для определения КЧХ по фотографическому изображению миры применяют прибор,
Ф ояц*ий из оптической скамьи (коллиматора) и регистрирующего микрофотометра.
Ографическое изображение миры с постепенным изменением частоты штрихов рас-
Л !
57
сматривают на микрофотометре и получают регистрограмму, по результатам обработки
которой строят кривую, определяющую КЧХ.
Рис. 3.12. Особенности обнаружения и распознавания объектов с учетом разрешающей
способности съемочных материалов
Фотопленки, которые применяются при аэрокосмических съемках,
подразделяются на черно-белые (однослойные), цветные (трехслойные)
с воспроизведением объектов в цветах, близких к натуральным, и цвет-
ные спектрозональные (двух- и трехслойные) с воспроизведением объ-
ектов в условных цветах.
Черно-белые фотопленки в зависимости от сенсибилизации (спек-
тральная чувствительность фотоэмульсии достигается путем введения в
нее специальных органических веществ оптических сенсибилизато-
ров) подразделяют:
на несенсибилизированные (простые), у которых эмульсионный слой
чувствителен только к фиолетовым, синим и голубым лучам в зонах
спектра Л = 390 - 505 нм;
ортохроматические, обладают чувствительностью к зеленым и жел-
тым лучам при Я<585 нм с некоторым понижением чувствительности в
пограничной зоне голубых и зеленых лучей (Я = 500-525 нм);
изоортохроматические, чувствительные к тем же лучам, но без по-
нижения чувствительности к зеленой зоне;
58
панхроматические, чувствительные ко всей зоне видимой области
спектра (X = 400-730 нм), но с понижением чувствительности в зоне зе-
леных лучей (X = 500-550 нм);
изопанхроматические, имеющие такую же чувствительность, как и
панхроматические, но почти без понижения чувствительности в зоне
зеленых лучей;
инфрахроматические, имеющие две области чувствительности - в
видимой (синей) и невидимой (ИК) частях спектра (Х>750 нм);
панинфрахроматические, чувствительные ко всем лучам видимой
области спектра и частично в ИК зоне - невидимой части спектра
(табл.3.4).
Таблица 3.4
Техническая характеристика черно-белых аэропленок
Тип пленки Сенситометрические характеристики Разрешаю- щая способ- ность, лин/мм
светочувст- вительность коэффициент контрастности величина вуали фотографиче- ская широта
Т-15-600 900 1,7-2,1 0,17 0,9 85
Т-15-1000 1300 1,7-2,1 0,17 0,9 85
Т-15-800М 1000 1,2-1,6 0,17 0,9 85
Т-16-600 900 1,7-2,11 0,17 0,9 85
Т-16-800М 1000 1,2-1,6 0,17 0,9 85
Т-17 350-550 1,2-1,6 0,15 0,9 100
Т-18 100 3,0 0,12 0,75 200
Т-20 350 1,5-2,1 0,12 0,75 100
Т-22 1000 1,7-2,1 0,17 0,9 НО
Т-24 4500 1,2-1,6 0,25 0,75 63
Т-25Т(Л) 400 1,5-2,1 0,12 0,9 155
Т-27 450 1,5-2,1 0,12 0,9 190
Т-29 3000 1,7-2,1 0,25 0,75 68
И-840 (740) 300 1,6-2,6 0,10 0,75 68
Черно-белую аэрофотосъемку чаще всего применяют при лесоин-
вентаризации простых по строению и породному составу лесов (рис.
3-13) или при учете текущих изменений в составе лесного фонда в ре-
зультате изменения границ участков покрытых лесной растительностью
земель.
Цветные фотопленки с натуральной цветопередачей (ЦН-1, ЦН-3,
ДС-5 и др.) состоят из трех эмульсионных слоев. Верхний - светочувст-
вительный слой, представляющий несенсибилизированную эмульсию, -
наиболее чувствителен к синей зоне спектра, средний - ортохроматиче-
59
ский - к зеленым лучам, а нижний - панхроматический - к красным.
Для устранения влияния фиолетовых, синих и голубых лучей на сред-
ний и нижний слои между верхним и средним светочувствительными
слоями пленки введен тонкий желтый фильтровый слой, а под подлож-
ку - лаковый зеленый противоореольный. Все три светочувствительных
слоя имеют химические вещества - компоненты, которые во время про-
явления окрашивают изображение в три цвета: верхний слой - в жел-
тый, средний - в пурпурный, нижний - в голубой.
Рис. 3.13. Фрагмент черно-белого крупномасштабного аэрофотоснимка пустынной
древесно-кустарниковой растительности
Аэрофотоснимки с цветных аэропленок с натуральным воспроизве-
дением цветов, полученные в летнее время, менее информативны по
цветопередаче лесных объектов по сравнению с осенними и ранневе-
сенними снимками (рис.3.14).
Цветные спектрозональные фотопленки - двухслойные (СН-2М,
СН-6М, СН-8, СН-10) и трехслойные (С-15 и СН-23). В лесном дешиф-
рировании наиболее часто применяют фотопленку СН-6М. Она имеет
два светочувствительных слоя: инфрахроматический, чувствительный к
синим и красным лучам, с зоной светочувствительности 670-800 нм, и
панхроматический, с зоной спектральной светочувствительности 510-
670 нм (вся видимая область спектра). Общая светочувствительность
этой пленки 300-400 ед., разрешающая способность 68 лин/мм.
При изготовлении двухслойной спектрозональной пленки в каждый
светочувствительный слой вводят красители, которые после экспониро-
вания и проявления пленки окрашивают фотоизображение в различные
60
цвета. В инфрахроматический слой вводят сине-зеленый краситель, в
панхроматический - пурпурный.
Рис. 3.14. Фрагмент летнего цветного аэрофотоснимка с естественным
воспроизведением цвета фотоизображения [19]
На спектрозональных цветных пленках объекты изображены в ус-
ловных цветах, поэтому спектрозональные аэрокосмические фотосним-
ки не передают действительных цветов объектов съемки, но сильно
подчеркивают цветовым контрастом различие в окраске сфотографиро-
ванных объектов (рис.3.15). Так, хвойные породы, менее яркие, фикси-
руются в основном панхроматическим слоем. На негативе пленки СН-
6М они имеют пурпурный (оранжевый) цвет. Лиственные породы изо-
бражаются на негативе сине-зеленым цветом, фиксируются в основном
инфрахроматическим слоем. Таким образом, объекты, отражающие ИК
лУчи, действуют на инфрахроматический слой и создают на негативе
сине-зеленое изображение; объекты, отражающие лучи видимой зоны
спектра, - на панхроматический слой и создают на негативе пурпурное
изображение; объекты, отражающие лучи обеих зон спектра, действуют
на тот и другой слои и могут дать зеленовато-серое изображение.
Трехслойные спектрозональные пленки (типа СН-15) позволяют,
помимо разделения насаждений с преобладанием хвойных и листвен-
61
ных пород, более надежно распознавать участки леса с ухудшенным
лесопатологическим состоянием.
а) б) в)
Рис. 3.15 Фрагменты аэрофотоснимков со спектрозональных пленок СН-2М (а),
СН-6М (б), СН-15 (в)
За рубежом, помимо цветных аэропленок с естественным воспроиз-
ведением цвета изображения, применяются также ИК-цветные аэро-
пленки (IR-color, false-color), которые аналогичны отечественным спек-
трозональным пленкам.
Фотобумага. Для изготовления аэрофотоснимков (отпечатков) при-
меняют черно-белую, спектрозональную двухслойную и цветную трех-
слойную бумагу.
Черно-белую фотобумагу изготовляют путем полива светочувстви-
тельной бромосеребряной эмульсии на бумажную основу. Бромосереб-
ряную бумагу изготовляют трех типов: «Унибром», «Фотобром» и «Но-
вобром». Все они обладают устойчивостью к вуали. Поверхность фото-
бумаги может быть глянцевая, полуматовая и матовая. Наиболее рас-
пространена глянцевая фотобумага, которая лучше передает фотоизо-
бражение. Матовая удобна для работы в лесу, но дешифровочные свой-
ства ее ниже из-за потери резкости в передаче мелких деталей.
По контрастности независимо от характера поверхности фотобумагу
«Унибром» подразделяют на 7 групп (по номерам): № 1 - мягкая, №2 -
полумягкая, №3 - нормальная, №4 - контрастная, № 5 - особоконтраст-
ная, № 6 - сверхконтрастная, № 7 - сверхособоконтрастная. В лесном
дешифрировании с черно-белых негативов отпечатки чаще всего изго-
товляют на бумаге «Унибром» № 3-5, а с цветных спектрозональных -
черно-белые снимки на бумаге № 6 и 7.
Двухслойная спектрозональная фотобумага СБ-2 предназначена для
печати с негативов спектрозональных пленок. Верхний слой СБ-2 наи-
более чувствителен к зеленым лучам, нижний - к красным. На такой
62
фотобумаге лиственные породы имеют изображение зеленого или голу-
бовато-зеленого цвета, хвойные - буровато-коричневого.
Для печати с цветных и спектрозональных пленок применяют, как правило, трехслой-
ную цветную фотобумагу. В каждом слое имеются свои цветные компоненты. Для лесно-
го дешифрирования предпочтительнее фотоснимки, изготовленные на трехслойной цвет-
ной фотобумаге, поскольку она лучше передает различия в цветовых отгенках изображе-
ния древесных пород. При использовании трехслойной цветной фотобумаги получают
изображения, близкие по цвету к натуральным, а со спектрозональных фотопленок - в
условных цветах (хвойные - синевато-зеленые, лиственные - пурпурные, оранжевые или
желтые). Для изготовления сильно увеличенных позитивных изображений зачастую при-
меняют светочувствительные пленки, на которых получаются изображения с повышенной
детальностью и лучшей цветопередачей.
3.2.1.3. Летно-съеМочный процесс аэрофотосъемки
Виды аэрофотосъемки. По углу отклонения оптической оси объек-
тива АФА аэрофотосъемки (АФС) подразделяются на плановую, выпол-
няемую при отклонении оптической оси объектива от вертикали не бо-
лее 3°, и перспективную - отклонение оптической оси более 3° , может
достигать 45° - 60° . В лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве
применяют в основном плановую АФС с использованием гиростабили-
зирующих аэрофотоустановок, позволяющих получать снимки с углом
наклона 7... 10 при предельном значении его 40.
По числу и расположению снимков различают одинарную (однокад-
ровую), маршрутную и площадную (многомаршрутную) съемки. Оди-
нарная АФС предусматривает получение одиночных снимков земной
поверхности. Маршрутная съемка обеспечивает получение п снимков
полосы местности по линии (маршруту) полета летательного аппарата.
Маршрут может быть прямолинейным, криволинейным или ломаным
(рис. 3.16). Площадная (многомаршрутная) съемка местности выпол-
няется прокладкой (обычно с запада на восток) нескольких (п) парал-
лельных друг другу маршрутов (рис.3.17).
Одномаршрутная и площадная съемки проводятся кадровыми АФА
с взаимными перекрытиями снимков как в пределах маршрутов, так и
между смежными маршрутами. Перекрытия в пределах маршрута назы-
ваются продольными. Их величина обычно равна 56-60% (в горных рай-
онах может достигать 70 - 90%) Перекрытия между маршрутами назы-
ваются поперечными. Минимально допустимая их величина 20% .
Размер продольного перекрытия обеспечивается временным интер-
валом включения АФА, который находится в зависимости от скорости
летательного аппарата и высоты его полета (съемки). Расстояние по ли-
нии полета между двумя точками фотографирования в маршруте назы-
вают базисом (В^фотографирования. Соответственно, расстояние меж-
ду двумя этими точками, изобразившимся на снимке, является базисом.
63
Рис.3.16. Схема маршрутной съемки с продольными перекрытиями
снимка (Ьсн), а линия, соединяющая эти две точки, линией начального
направления.
Величину продольного Рх перекрытия рассчитывают по формуле
Р=(1х100%)/1,
64
где /х -размер перекрывающихся частей снимков, / - длина продоль-
ной стороны снимка.
Величина поперечного перекрытия - Ру = (1У -100%)/1. Расстояние
между маршрутами Ву = 1У-т (100% - Ру) /100%, где /- длина попереч-
ной стороны снимка, т - знаменатель масштаба съемки, Р - заданное
поперечное перекрытие.
По масштабу аэросъемки условно подразделяют на сверхкрупно-
масштабные (крупнее 1:2000, разрешение до 20 см), крупномасштабные
(от 1:2000 до 1:10000), среднемасштабные (от 1:10000 до 1:30000), мел-
комасштабные (от 1: 30000 до 1:100000) и сверхмелкомасштабные
(мельче 1:100000).
Аэрофотосъемка состоит из подготовительных, летно-съемочных,
полевых фотолабораторных и полевых фотограмметрических работ.
Одним из важнейших элементов подготовительных работ является расчет элементов
аэрофотосъемки. Для этого требуются заданные значения масштаба фотографирования и
фокусного расстояния АФА, формат аэрофотоснимка, заданные проценты продольного и
поперечного перекрытий, размеры съемочного участка (рис. 3.17). По этим исходным
данным определяют высоту и базис фотографирования, интервал между экспозициями,
число аэрофотоснимков в маршруте и на съемочный участок, а также время, необходимое
для аэрофотосъемки всего участка.
Перед началом летно-съемочных работ проверяют и готовят к работе оборудование,
материалы и полетные карты, проводят тренировку экипажей и составляют график поле-
тов, затем приступают к аэрофотосъемке. При производстве аэрофотосъемки лесов про-
кладываются в направлении запад-восток прямолинейные съемочные маршруты парал-
лельно друг другу. Маршрут самолета прокладывают по приборам и контролируют по
земным ориентирам. При отсутствии ориентиров съемочные маршруты и заходы на них
производят инструментальным методом, особенность которого заключается в прокладке
маршрутов только на основании показаний навигационных и пилотажных приборов.
Полевые фотолабораторные работы состоят из негативного и позитивного процессов.
Негативный процесс включает проявление, фиксирование, промывку экспонирован-
ной аэропленки на специальных ручных или автоматизированных приборах. После сушки
негативы регистрируют и нумеруют. Кроме порядковых номеров аэрофотоснимков, под-
писывают дату и номенклатуру района аэрофотосъемки. Все аэронегативы регистрируют
в журнале и направляют в фотолабораторию для изготовления контактной печати.
Позитивный процесс заключается в получении контактных аэрофотоснимков путем
печатания на специальных станках (копировальных приборах) фотоизображения с негати-
вов на светочувствительную фотобумагу или позитивную фотопленку. Контактные отпе-
чатки должны быть достаточно контрастными и иметь полную проработку деталей по
всей площади негатива. Для получения таких аэрофотоснимков необходимо учитывать
степень контрастности негативов при подборе фотобумаги, соблюдать нужную экспози-
цию и правильно выполнять проявление.
Полевые фотограмметрические работы включают контроль качества аэрофото-
съемки по всем показателям в соответствии с техническими требованиями; составление
накидных монтажей; выявление необходимых исправлений и доделок; изготовление ре-
продукции накидных монтажей; оценку качества съемки по законченным участкам, со-
ставление паспортов; подготовку, оформление и сдачу готовой продукции.
65
Накидной монтаж (соединение контактных отпечатков по их общим контурам) вы-
полняют на деревянных щитах в границах съемочных участков. Монтаж начинают с верх-
него маршрута справа налево или слева направо, чтобы были видны номера аэрофото-
снимков, которые последовательно накладывают один на другой, монтируют по контурам
ситуации местности в местах перекрытий и закрепляют кнопками. Каждый следующий
маршрут увязывают с предыдущим по перекрытиям. Полученный рабочий накидной мон-
таж позволяет установить границы отснятой территории, проверить техническое и фото-
графическое качества съемочных работ. Дав предварительную оценку качества аэрофото-
снимков, устанавливают места, подлежащие повторной аэрофотосъемке, если перекрытия
между аэрофотоснимками меньше заданной величины или имеются фотографические
дефекты. После повторной съемки забракованных маршрутов производят окончательную
оценку материалов по их фотограмметрическому и фотографическому качествам.
Фотограмметрическое качество аэрофотоснимков устанавливают по степени со-
блюдения заданных продольных и поперечных перекрытий, параллельности сторон аэро-
фотоснимков линиям базисов (начальным направлениям), прямолинейности маршрутов и
выравниванию аэропленки. Проверяют продольное и поперечное перекрытия по контакт-
ным отпечаткам с помощью фотограмметрической линейки. Неудовлетворительны-
ми считают аэрофотоснимки, имеющие продольное перекрытие меньше
56 %, а поперечное — меньше 20 %. Поперечное перекрытие измеряют между
аэрофотоснимками смежных маршрутов так же, как и при оценке продольных перекры-
тий.
Для определения величины непараллельности линии базиса сторонам аэрофотоснимка
(«елочки») монтируют два смежных аэрофотоснимка маршрута по контурам, располо-
женным вблизи начального направления. Затем измеряют угол между стороной одного из
аэрофотоснимков и линией, соединяющей идентичные углы аэрофотоснимков. Величи-
на «елочки» не должна превышать 5°.
Контроль прямолинейности маршрутов при съемке равнинных районов проводят по
накидному монтажу участка, а при съемке горных районов - по накидным монтажам
аэрофотоснимков отдельных маршрутов. Главные точки крайних аэрофотоснимков от-
дельных маршрутов соединяют прямой линией L и измеряют величину наибольшего от-
клонения центра аэрофотоснимка от прямой линии (стрела прогиба /). Если линия, соеди-
няющая центры, представляет собой плавную линию без заметных местных искривлений,
то для всего маршрута вычисляют величину непрямолинейности маршрута как отношение
стрелы прогиба / к расстоянию между центрами крайних аэрофотоснимков L, умноженное
на 100. Если же на маршруте съемки имеется одно или несколько заметных искривлений,
то соединяют прямыми линиями центры крайних аэрофотоснимков каждого из криволи-
нейных отрезков, а измерения I, L и вычисление показателя параллельности ведут для
каждого из них отдельно. Непрямолинейность считается недопустимой, если
А будет более 3°.
Выравнивание аэропленки предварительно проверяют по отсутствию видимой нерез-
кости фотоизображения и видимого искривления контрольных нитей на аэрофотоснимках,
а также просматривая аэрофотоснимки под стереоскопом. При этом аэрофотоснимки
равнинной местности рассматривают при нулевом стереоэффекте (базис фотографирова-
ния перпендикулярен базису прибора). В этом случае стереомодель должна быть совер-
шенно плоской. Просматривают аэрофотоснимки пересеченной местности при прямом
стереоэффекте (базис фотографирования параллелен базису прибора), при этом не должно
наблюдаться заметных на глаз искажений форм отдельных элементов рельефа.
Если материалы аэрофотосъемки предназначены для стереофотограмметрической об-
работки, то в начале и конце каждого маршрута съемки и на каждом пятом аэронегативе
66
(снимке) измеряют отклонения от прямой изображения контрольных Нитей. Отклонения,
величина которых превышает 0,10 мм, признаются недопустимыми. При обнаружении
отклонений свыше 0,10 мм и во всех других сомнительных случаях проВОдят контрольные
измерения фотограмметрическими методами.
Фотографическое качество аэрофотоснимков оценивают, послед()вательно просмат-
ривая их и глазомерно определяя степень удовлетворения тем требованиям, которые
предъявляются к ним действующими инструкциями. Для объективной оценки качества
негативов и контактных отпечатков пользуются эталонами и теми придержками, которые
приводятся ниже.
Резкость и проработка деталей в затененных и освещенных местах
должны быть достаточными по всему полю изображения. На аэрофото-
снимках должны отображаться все детали, которые имеется на негати-
ве. Плотность и контрастность должны быть достаточными и равномер-
но распределены в центре и на краях. Для спектрозональных негативов
максимальная плотность деталей на негативе не должна превышать 1,8-
2,0 единицы. Коэффициент контрастности должен находиться в преде-
лах 1,4-1,8, при этом разбалансировка слоев не должна быть выше 0,4-
0,5 единицы. Вуаль не должна препятствовать получение качественной
печати, т. е. должна соответствовать техническим условиям, предусмот-
ренным фабрикой на данный тип аэропленки: для спектрозональных
негативов вуаль голубая - не более 0,6, вуаль пурпурная - не более 0,4.
Не подлежат приемке спектрозональные негативы, снятые при по-
вышенной дымке. Они характеризуются передержкой ддЯ пурпурного
слоя, малым контрастом, монотонностью всего изображения (например,
тени от деревьев имеют на них ярко выраженную пурпурНуЮ окраску).
Изображения облаков и теней от них, царапины, пятна, полосы и другие
дефекты не должны препятствовать дешифрированию и выполнению
фотограмметрических работ. Спектрозональные аэронегативы должны
иметь ярко выраженное цветоделение, изображения хвойных и листвен-
ных пород должны заметно различаться по цвету на всей площади, ог-
раниченной изображением контрольных нитей. Нельзя допускать раз-
ницу цветового тона как между аэрофотоснимками одного маршрута,
так и между различными маршрутами. Цветопередача по всему объекту
должна быть одинаковой. Аналогично оценивается и качество космиче-
ских фотоснимков.
3.2.2. Нефотографические съемочные системы
3.2.2.1. Сканирующие оптико-электронные системы
Оптико-электронными называют приборы, в которых информация о
наблюдаемом (исследуемом) объекте переносится оптическим излуче-
67
нием, а её первичная обработка сопровождается преобразованием энер-
гии излучения в электрический сигнал.
Структура многих современных оптико-электронных приборов
(ОЭП) достаточно сложна. Она включает большое число различных по
своей природе и принципу действия звеньев - аналоговых и цифровых
преобразователей электрических сигналов, микропроцессоров, механи-
ческих и электромеханических узлов и др. Поэтому ОЭП часто называ-
ют оптико-электронными системами (ОЭС).
Действие ОЭП основано на способности к приему и преобразованию
электромагнитного излучения в различных диапазонах оптической об-
ласти спектра: от ультрафиолетовой (УФ), до видимой и инфракрасной
(ИК). Обобщенная схема работы ОЭП представлена на рис. 3.18.
Рис.3.18. Обобщенная схема работы ОЭП
Источник излучения создает материальный носитель полезной ин-
формации - поток излучения. Этим источником может быть сам иссле-
дуемый объект. Приемная оптическая система собирает поток, излучае-
мый наблюдаемым объектом или отраженный от него, формирует этот
поток и направляет его на приемник излучения. Приемник превращает
сигнал, переносимый потоком излучения (оптический сигнал), в элек-
трический. Выходной блок формирует сигнал, по своим параметрам
удовлетворяющий требованиям получателя информации.
На летательных аппаратах дистанционного зондирования с опера-
тивной доставкой информации в качестве съемочной системы оптиче-
ского диапазона применяют сканирующие ОЭП или сканеры. Различа-
ют оптико-механические сканеры и сканеры с матричными (линейча-
тыми) приемниками излучения для формирования электронного изо-
68
бражения, в которых используют линейные приемники излучения - так
называемые приборы с зарядовой связью (ПЗС).
функциональная схема оптико-механических сканеров приведена на
рис.3.19.
Сканирующее
Зеркальный
объектив
Усилитель
бортовое
запоминающее
устройство
J Радиопередающее]
| устройство !
Радиосигнал
Излучение Земли
Рис. 3.19. Функциональная схема сканирующей аппаратуры
Конструктивно сканер состоит из оптической системы, фотоэлек-
тронных преобразователей, устройства приема и регистрации изобра-
жения.
С помощью сканеров формируется изображение, состоящее из мно-
жества отдельных, последовательно получаемых элементов изображе-
ния - пикселей в пределах полос (строк, сканов). Размер пикселя опре-
деляет детальность (разрешение на местности) изображения.
Сканирование местности осущест-
вляется в одном направлении за счет
движения самолета (спутника) вперед,
а в другом (перпендикулярном линии
полета) - за счет вращения или коле-
бания призмы (зеркала). Колебатель-
ное перемещение призмы (зеркала) в
сочетании с движением самолета
(спутника) обеспечивает непрерывный
последовательный охват определен-
ной полосы местности, размер кото-
рой зависит от апертуры (действую-
щего отверстия оптической системы-
объектива) сканера и высоты полета
самолета или спутника (рис. 3.20).
69
Ширина снимаемой полосы местности определяется углом сканиро-
вания сканера, а линейное разрешение на местности (ширина скана,
размер пикселя) - мгновенным углом зрения. У обзорных сканеров угол
сканирования достигает ± 50°, у высокоинформативных (детальных) -
± 5° и меньше. Соответственно этому и мгновенный угол зрения уста-
навливают от нескольких градусов до десятых долей минуты. Угол ска-
нирования и мгновенный угол зрения, соответственно полоса съемки и
разрешение на местности, - взаимозависимые величины. Чем выше раз-
решение, тем уже полоса съемки. Так, при съемке из космоса при раз-
решении 1-2 км снимают полосу местности в несколько тысяч километ-
ров, а при разрешении 20-50 м ширина полосы съемки не превышает
100-200 км.
Световой поток от объекта съемки, отраженный сканирующим зер-
калом (призмой), собирается в фокальной плоскости объектива. Часть
потока, вырезанная диафрагмой, поступает на систему интерференци-
онных светофильтров, далее - на светоприемники. Диаметр диафрагмы
и фокусное расстояние объектива определяют размеры элемента по-
верхности, который в данный момент подвергается спектральному ана-
лизу (съемке). Поворот сканирующей призмы (зеркала) изменяет (сме-
щает) направление визирования объектива в пределах строки. Таким
образом, можно последовательно анализировать все элементы поверх-
ности объекта вдоль линии сканирования. Сканируемый от объекта
съемки световой поток с помощью фотоэлектронных умножителей
(ФЭУ) преобразуется в электрический сигнал, который усиливается,
преобразуется и поступает через передатчик в канал связи с наземной
приемной станцией или записывается на бортовой видеомагнитофон.
Оптико-механические сканеры бывают одно- и многоканальные (2 и
более). Обычно для съемки земной поверхности применяют сканеры,
работающие в видимом и ИК диапазонах (0,5-12 мкм). Результат реги-
страции излучения при съемке методом оптико-механического сканиро-
вания представляет собой матрицу многомерных векторов. Каждый век-
тор отображает определенную элементарную площадку (пиксель) на
Земле, а каждая его компонента соответствует одному из спектральных
каналов.
При съемке в видимом и ближнем ИК диапазонах (0,4-3 мкм) при-
меняют фотоэлектрические, в среднем и дальнем ИК диапазонах (3-12
мкм) - термоэлектрические приемники излучения.
К фотоэлектрическим приемникам относятся электронные приборы,
действие которых основано на внешнем (электровакуумные фотоэле-
70
менты, фотоэлектронные умножители) и внутреннем (полупроводнико-
вые фотосопротивления, фотодиоды и др.) фотоэффектах.
Чувствительные элементы в полупроводниковых фотоэлементах -
фоторезисторах (фотосопротивлениях) под воздействием излучения
(освещения) резко изменяют электрическое сопротивление, в результате
создается внутренний фотоэффект. При этом величина тока в цепи ме-
няется пропорционально освещенности. Распространены селеновые по-
лупроводники со спектральной чувствительностью в видимом и ближ-
нем ИК диапазонах 0,4-1,2 мкм, сернисто-свинцовые, чувствительные к
ИК излучению в диапазоне 1,5-3 мкм. При охлаждении полупроводни-
ковых сопротивлений их чувствительность повышается и смещается в
длинноволновую зону спектра.
Термоэлектрические приемники основаны на термоэлектронной
эмиссии, они реагируют на поглощенное излучение через нагревание
чувствительного элемента, что позволяют регистрировать ИК тепло-
вое излучение в широком спектральном диапазоне. К числу термо-
электрических приемников относятся болометры, радиационные тер-
моэлементы (термопары) и др. Основной объем ИК изображений Зем-
ли из космоса в настоящее время получают при съемках в диапазонах
3,4 - 4,2 и 8-12 мкм (ИК тепловые снимки), а также 0,7-1,3 мкм. Тепло-
вую (ИК) съемку осуществляют сканирующими радиометрами в окнах
прозрачности в интервалах 3,4-4,2 и 8-12 мкм в ночное и дневное вре-
мя суток.
В съемочных системах нового поколения наибольшее применение
получили сканеры, приемниками в которых служат линейки ПЗС (при-
бор с зарядной связью) или ПЗС-матрицы. В сканирующих ОЭП с мат-
ричными приемниками излучения поперечная развертка изображения
обеспечивается путем построчного электронного сканирования (считы-
вания) сигнала с матричного фотоприемника. Для формирования элек-
тронного изображения используют линейные приемники излучения -
приборы с зарядовой связью, имеющие форму прямоугольных пластин-
линеек, светочувствительная поверхность которых образована сеткой
ячеек из кремниевых диодов (рис.3.21).
Число ячеек в строке линейки соответствует числу регистрируемых
элементарных площадок - пикселей. Линейки располагаются за затво-
ром и оптической системой. Каждый диод соединен с ячейкой хранения
заряда в сетке интегральных схем металлического оксидного полупро-
водника приборов. Когда свет попадает на диод, генерируется некото-
рое количество заряда (ток), пропорциональное падающему свету, и
заряд переносится в ячейку хранения заряда (ячейку памяти), находя-
71
щуюся за диодом. Ячейки зарядов являются частью электронного реги-
стра сдвига, с которого можно последовательным образом считывать
содержимое ячеек заряда и преобразовывать в цифровой код (цифровое
изображение). Линейное разрешение зависит от размеров элементов
(диодов) линейки ПЗС или ПЗС-матрицы. Их число в современных
цифровых съемочных системах достигает 5000 х 5000 элементов и бо-
лее, что обеспечивает разрешающую способность, близкую к фотоплен-
кам. Выходные сигналы коррелируют с импульсом сдвига для восста-
новления изображения.
Рис. 3.21. Формирование изображения прибором с зарядовой связью (ПЗС)
В сканерах, как правило, устанавливают несколько сенсоров, позво-
ляющих получать изображение одновременно в различных спектраль-
ных каналах. Информацию, полученную в процессе сканерной съемки,
передают в виде цифрового изображения по радиоканалу на приемный
пункт или записывают на борту на магнитный носитель. Материалы
съемки потребителям передаются в виде записи на магнитном носителе,
например на СД-дисках, с последующей визуализацией на местах обра-
ботки снимков.
По своим геометрическим свойствам и разрешению на местности
сканерные снимки, которые получались съемочными системами первых
поколений, уступали фотоснимкам. Однако высокая чувствительность
приемников излучения сканеров позволяет выполнять съемку в узких
(несколько десятков нанометров) спектральных интервалах, в пределах
72
которых различия между некоторыми природными объектами более четко
выражены. В цифровых данных, полученных с помощью скане-
ров, отсутствуют “шумы”, которые неминуемо появляются при фото-
съемке и фотолабораторной обработке съемочных материалов. На
рис.3.22 и 3.23 приведены космические сканерные изображения, полу-
ченные при съемках многоканальными сканирующими системами.
Рис.3.22. Синтезированное сканерное изображение, полученное с ИСЗ «Ресурс - О»
сканером МСУ-Э с пространственным разрешением 30-40 м
Лучшие в мировой практике сканеры новых поколений позволяют
получать видеоинформацию с разрешением на местности до единиц см
при съемке с авиационных и до долей и десятков м-с космических но-
сителей. Температурное разрешение при ИК тепловой съемке достигает
73
Оптико-электронные сканерные системы могут устанавливаться как
на самолетах, так и на КА. Однако в настоящее время наиболее широкое
применение они находят при съемке из космоса. На современных ИСЗ
устанавливают преимущественно съемочные системы с матричными
приемниками. Они начинают находить применение и в самолетных
съемочных системах, так называемых цифровых съемочных камерах,
обеспечивая получение изображений с разрешением в десятках и даже
единицах сантиметров.
Рис. 3.23. Синтезированное изображение, полученное сканером TM с ИСЗ
«Landsat-7» ЕТМ+ (размер пикселя 30x30 м)
3.2.2.2. Телевизионные системы
В основе телевидения лежит фотоэлектрический эффект, используе-
мый в передающих трубках телевизионных камер для преобразования
74
оптического изображения в электрические сигналы. В кадровых телеви-
зионных (ТВ) системах, как и в кадровых фотографических системах,
изображение строится по закону центральной проекции. Изображение
формируется на фотоэлектрической поверхности - экране (фотомише-
ни), которая является частью приемопередающего устройства - видико-
на (передающей трубки). Фотомишень выполняет те же функции, что и
фотопленка, но она используется многократно.
В качестве светочувствительного экрана (мишени) служит полупро-
водниковый фотоэлемент с внутренним фотоэффектом. На плоскую
поверхность прозрачного баллона трубки с помощью напыления нано-
сится тончайшая полупрозрачная пленка металла (сигнальная пласти-
на), на которую также наносится слой полупроводника (фотосопротив-
ление). Оптическое изображение с помощью объектива строится на фо-
томишени (рис. 3.24).
Рис. 3.24. Схема видикона: / - объектив; 2 - затвор; 3 - фотомишень; 4 - электронный
прожектор; 5 - управляющие конденсаторы; 6 - электронный луч; 7 - изображение
При проецировании изображения на светочувствительную мишень
отдельные ее участки, вследствие внутреннего фотоэффекта, изменяют
электрическое сопротивление обратно пропорционально их освещенно-
сти. В результате оптическое изображение создает на мишени поле по-
ложительных электрических зарядов. Величина заряда на элементарной
площадке фотомишени пропорциональна интенсивности падающего
светового потока (экспозиции). Таким образом, изображение представ-
лено распределением электрических зарядов различной величины. Изо-
бражение сканируется электронным лучом, исходящим из электронного
прожектора, быстро обегающим всю поверхность мишени.
Образование узкого луча обеспечивает фокусирующая, а движение
лУча по мишени - отклоняющая системы трубки. Разрешение трубки в
значительной мере определяется диаметром сканирующего луча. Чем
75
меньше его диаметр, тем больше строк сканирования и тем более мел-
кие детали различаются в телевизионном изображении. Современные
трубки космических телевизионных систем обеспечивают доЮОО и бо-
лее строк развертки при размерах мишени 0,5-5 см. В момент взаимо-
действия электронного луча с элементарной ячейкой происходит сло-
жение зарядов. Суммарный заряд поступает на усилитель, после чего
передается по радиоканалу на наземный пункт приема, где поступившие
сигналы преобразуются в изображение.
Объектив телевизионной камеры во время экспозиции строит изо-
бражение сразу всего кадра на светочувствительном экране видикона,
который его «запоминает» (фиксирует) на некоторое время (рис. 3.25).
Рис. 3.25. Схема телевизионной съемки:
1 - затвор; 2 - объектив; 3 - передающая ТВ камера
В интервале между экспозициями электронный луч трубки, сканируя
экран видикона, формирует электрический видеосигнал, который пере-
дается по каналам космической связи. В процессе сканирования фото-
электрическая поверхность очищается и готова к приему нового опти-
ческого изображения. В случае, когда прямая радиосвязь невозможна,
результаты съемки записываются на магнитный носитель и после входа
в зону радиовидимости сбрасываются по радиоканалу на Землю.
Цикл работы трубки при телевизионной космической съемке состав-
ляет десятки секунд и включает экспозицию (доли секунды), считыва-
ние изображения и подготовку мишени к следующей экспозиции (сти-
рание изображения).
76
Изображение в кадровых ТВ-системах может быть получено одно-
временно в нескольких спектральных зонах. Для этого используют не-
сколько видиконов, имеющих различную спектральную чувствитель-
ность фотоэлектрических поверхностей. Спектральный диапазон
ТВ-систем охватывает длины волн от 0,4 до 1,1 мкм. Телевизионные
изображения менее пригодны для фотограмметрических измерений, чем
фотокамеры и сканеры, но они обеспечивают оперативное (практически в
реальном масштабе времени) получение и передачу изображения по
каналам связи. Разрешающая способность их может достигать единиц
сантиметров при съемке с вертолетов и десятков метров при съемке из
космоса. В последнее время начинают находить применение цифровые
ТВ-камеры, в которых используются матричные приемники с зарядо-
вой связью (ПЗС).
При выполнении съемок с помощью видеокамер с самолетов (верто-
летов) возникает ряд трудностей, связанных с необходимостью прово-
дить тщательное согласование скорости и высоты полета летательного
аппарата с работой видеосистемы.
Телевизионные съемки с воздушных носителей (преимущественно с
вертолетов) начинают находить все более широкое применение при вы-
полнении задач, требующих для своего решения применения оператив-
ной информации, среди которых охрана лесов от пожаров, защита леса,
контроль за антропогенной деятельностью и текущими изменениями в
состоянии лесного фонда и др.(рис. 3.26).
Рис. 3.26. Телевизионный аэроснимок [21]
77
3.2.2.3. Лазерные съемки
Применение оптических генераторов излучения - лазеров - привело к
разработке активных оптических съемочных систем. С помощью лазе-
ра облучают снимаемую поверхность. Отраженный от нее сигнал при-
нимает оптическая система. В результате съемки получают трехмерное
цифровое изображение. Особенностью лазерного луча является его спо-
собность проникать через лиственный покров древесной растительно-
сти. В табл. 3.5 приводятся характеристики лазерной системы ALMT-
1020 (Laser Terrain Mapping System, производства канадской фирмы
Optech Inc.), которая изначально разрабатывалась для производства
воздушных топографических съемок земной поверхности и создания
крупномасштабных планов местности.
Принцип работы системы лазерного сканирования. Прибор
ALMT-1020 работает по принципу полупроводникового импульсного
сканирующего лазерного дальномера, который обеспечивает измерение
расстояния до каждого элемента сканирования. При этом может фикси-
роваться дальность как до ближайших объектов, попавших в поле про-
никновения лазерного луча (верхушки деревьев), так и до наиболее да-
леких - земной поверхности. В этом случае возможна съемка рельефа
сквозь листву деревьев и построение профиля древостоя.
Таблица 3.5
Некоторые технические характеристики лазерной системы ALTM - 1020
Характеристики Параметры
Рабочая высота 330 - 750 м номинально
Диаметр лазерного пятна на поверхности 15 см (10-25 см) на один импульс
Разрешающая способность по дальности 1 см
Угол сканирования от 0 до ±20°
’ Ширина полосы обзора от 0 до 0,68 х высоту
Угловые точность / разре- шение 0,05°/0,01°
Частота сканирования Варьирует в зависимости от угла сканирования; например, 30 Гц для ±20° сканирования, 50Гц для ±10° сканирования
Горизонтальная точность 1/1000 х высоту
Спектральный диапазон Изменяемый: от 532 нм - 1047 нм
Частота повторности импульсов От ЮОГцдо 5КГц
Расходимость пучка 0,25 мрад (полный угол)
Накопитель данных Магнитный - на 12 часов записи (8 мм магнитная лента для цифровых данных) с последующей передачей на диск ком- пьютера через стример
78
Импульсный лазер оптически совмещен с главным лепестком диа-
фрагмы направленности антенны, которая сканирует лазерным лучом
полосу местности, обычно в направлении полета самолета. Время отра-
жения лазерного луча от земли и лесной растительности измеряется и
приводится к скорости света. Положение самолета при каждом измере-
нии фиксируется с помощью GPS. Вычисляют векторные значения от
самолета до земли и получают истинные координаты точек отражения
на поверхности земли и различных частей деревьев.
Свет распространяется приблизительно на 30 сантиметров за одну
наносекунду (1с = 109 наносекунд). Точно рассчитывая время распро-
странения импульсов света от лазера до отражающей поверхности и
обратно, можно определить расстояние от лазера до поверхности с точ-
ностью до одного сантиметра. Ошибки в определении местоположения
и ориентации самолета, угловые лепестки диаграммы направленности,
атмосферная рефракция и другие помехи ухудшают точность измерения
координат точек отражения до 5-10 сантиметров. Ширина сканируемой
полосы местности (за один проход) зависит от угла сканирования ла-
зерного дальномера и высоты полета самолета. Обычно скорость само-
лета составляет от 200 до 250 километров в час (55-70 метров в секун-
ду), а высота от 300 до 3000 метров, угол сканирования может достигать
20 градусов, частота излучения от 2000 до 25000 импульсов в секунду.
Эти параметры могут варьировать для достижения точности измерения
координат местности порядка 10-20 сантиметров и высот точек местно-
сти (объектов) 10-12 см, что достаточно для создания цифровой модели
местности (ЦММ), топографических и лесных карт, определения высот
деревьев и параметров их крон. Навигационное обеспечение осуществ-
ляется за счет использования бортового GPS, синхронно работающего с
наземной базовой станцией.
Материалы съемки могут обрабатываться как на борту вертолета
(самолета), так и в камеральных условиях с помощью специальных про-
грамм, позволяющих получать геометрические параметры отдельно
стоящих деревьев и реально читаемые морфоструктурные характери-
стики полога древостоя по всему маршруту съемки. Изображение пред-
ставляется в трехмерном виде. Поэтому пользователи могут работать с
материалами фото- и видеосъемки, цифровой моделью и базой данных в
наиболее удобном режиме.
Параметрические характеристики каждой точки зондирования
(100 точек на 1 погонный метр профиля) табулируются и разбиваются
на колонки данных по пунктам для каждой точки в цифровом формате
79
представления и с последующей статистической обработкой массивов
данных.
Одновременно ведется синхронная цифровая видео- и фотосъемка
цифровой камерой с матрицей размером 3000x2000 элементов в истин-
ных цветах, обеспечивающей при съемке с высоты 300 м разрешение на
местности 10-15 см при размере кадра на местности 200 м вдоль на-
правления полета и 100 м поперек. Для расширения номенклатуры со-
бираемых данных и обеспечения комплексности получаемой информа-
ции в лазерную аэросъемочную систему могут также включаться много-
зональные сканеры высокого разрешения и тепловизоры [5].
3.2.2.4. Микроволновая съемка
Любое физическое тело создает естественное тепловое радиоизлуче-
ние, обусловленное электродинамическими процессами в атомах и мо-
лекулах вещества, из которого состоит тело. Такое излучение называют
радиотепловым. На возможности измерения, поляризации и интенсив-
ности собственного радиотеплового излучения земной поверхности и
объектов в микроволновом сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне
(ХХ=О, 1-30 см) основана микроволновая съемка с самолетов или КЛА.
Радиотехнические устройства, воспринимающие и регистрирующие это
излучение в микроволновом диапазоне, называют СВЧ-радиометрами
(пассивными радиолокаторами, радиотеплолокаторами).
Устройства пассивного зондирования СВЧ диапазона представляют
собой специализированные радиотелескопы, содержащие антенные уст-
ройства (с направленной антенной), радиометрический приемник и уст-
ройство обработки информации.
К основным характеристикам микроволновых радиометров относят
температурную чувствительность, пространственное разрешение и ши-
рину полосы обзора.
В современных радиометрах температурная чувствительность 0,3-0,5
К. Достижимая угловая разрешающая способность определяется разме-
рами главного лепестка антенной системы и, в конечном счете, ограни-
чивается размером её апертуры. Перекрытие необходимой полосы обзо-
ра может достигаться при использовании многоканальных (мозаичных)
систем или путем периодического перемещения поля зрения антенны в
направлении, поперечном к траектории летательного аппарата. Воз-
можность расширения полосы обзора за счет качания луча ограничена
ухудшением температурной чувствительности из-за уменьшения време-
ни наблюдения элемента.
Интенсивность излучения в данном диапазоне значительно ниже,
чем в ИК, поэтому съемочные материалы имеют более низкую разре-
80
тающую способность. В то же время микроволновые съемки позволяют
проводить наблюдения сквозь облачный покров. Разрешающая способ-
ность на местности зависит от высоты носителя (например, спутнико-
вые радиометры имеют разрешение до 1 км).
Микроволновая съемка менее чувствительна к изменению метеоро-
логических условий, смене дня и ночи по сравнению с ИК тепловой
съемкой. Имеются приемники радиотеплового излучения с пороговой
чувствительностью 0,1 °C, которые позволяют регистрировать деталь-
ную структуру радиотепловых волн земной поверхности.
3.2.2.5. Радиолокационные съемочные системы
Это активные всепогодные средства зондирования, основанные на
использовании отражения зондирующих сигналов, излучаемых пере-
датчиком радиолокационной станции (РЛС) от различных объектов на
земной поверхности. За рубежом радиолокационную съемку называют
радарной (от Radio Detection And Ranging).
Радиолокационная съемка ведется в диапазоне 0,3-100 см (100 МГц-
300 МГц) в полосе местности на некотором расстоянии от самолета или
КА, что достигается применением задержки начала развертки на экране
электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) индикаторного блока РЛС (рис. 3.27).
Рис. 3.27. Функциональная схема радиолокационной съемки:
/ - антенна; 2 - приемник-передатчик; 3 - электронно-лучевая трубка;
4 и 5 - регистрирующие устройства
81
Приняты следующие обозначения длин волн: А'-волны (~ 3 см), С-
волны (« 6 см), £-волны (« 25 см), Р-волны (50 и более см).
Сигналы в виде коротких импульсов высокой частоты излучаются в
пределах узкого в горизонтальной (НН) и широкого в вертикальной
(W) или смешанной (HV, VH) плоскостях луча, создаваемого антенной
РЛС, и достигают разных объектов на местности. От них часть отра-
женной электромагнитной энергии возвращается к РЛС. Отраженные
радиосигналы регистрируются приемником и устройством преобразо-
вания сигнала, что вызывает свечение электронно-лучевой трубки соот-
ветственно интенсивности каждого отраженного сигнала. Возникающее
на ее экране изображение считывается с экрана ЭЛТ, информация пре-
образуется в цифровую форму и передается на наземный приемный
пункт (записывается на бортовой магнитофон) или регистрируется на
фотопленке, которая протягивается перед экраном со скоростью, про-
порциональной скорости полета носителя.
Интенсивность отраженного от поверхности сигнала в зависимости
от параметров РЛС (длины волны, мощности, поляризации сигнала, ха-
рактеристики антенны) определяется рассеивающими и поглощающими
свойствами растительного и почвенного покровов.
Отраженный сигнал - это случайный процесс, зависящий от физиче-
ских и биометрических характеристик растительности и почвы, а также
от топографических особенностей местности. Древесный полог облада-
ет неодинаковой проницаемостью для волн разной длины (рис.3.28).
X-волны (-Зсм) С-волны(-бсм) Ь-волны(-25см)
Рис. 3.28. Проницаемость радарных волн сквозь древесный полог:
Х-волны и С-волны - непроницаемы; L-волны - частично проницаемы [20]
82
Древостои лучше отражают сигналы в плоскости поляризации НН, а
мощность ЯК-поляризованного сигнала коррелирует с величиной био-
массы насаждений. Мощность сигналов £- и P-волн меньше, чем С-волн
при локации лугов, болот, сплошных вырубок, возобновившихся участ-
ков и лесных культур. Вода и влажность поверхности усиливают мощ-
ность отраженного сигнала локации.
Глубина проникновения С-волн внутрь полога составляет около 5 м,
т.е. при средней высоте леса 15 м этот вид волн не достигает земной
поверхности. £-волны проникают на глубину 5-12 м, а Р-волны - на 15-
20 м, т.е. хвоя (листья) и ветви для них - относительно прозрачный объ-
ект, и P-волны отражаются от поверхности земли.
В настоящее время для исследования природных ресурсов Земли ис-
пользуют различные самолетные и космические РЛС, работающие в
сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн. Лучшие совре-
менные РЛС с синтезированной апертурой, применяемые в мировой
практике, обеспечивают получение изображений при съемке из космоса
с разрешением на местности от единиц до десятков метров (ИСЗ ERS,
Европейское космическое агентство, JERS, Япония, RADARSAT, Кана-
да и др.). В этих станциях используют антенны с «искусственными рас-
крытиями», в которых осуществляется когерентное сложение отражен-
ных радиосигналов, что приводит к искусственному сжатию антенного
луча и повышению разрешающей способности.
Радиолокационная съемка относится к перспективным видам дис-
танционного зондирования, свойства радиолокационных изображений
для целей лесного дешифрирования пока мало изучены. Известны при-
меры дешифрирования по радиолокационным снимкам различных кате-
горий земель, разделения на классы (хвойные, лиственные) покрытых
лесом земель, расчета высоты древостоев на основе измерения длины
радиолокационной тени лесного полога. Наличие теней способствует
зрительному восприятию ландшафтов на радиолокационных изображе-
ниях в виде объемной модели местности. При смешивании радиолока-
ционных изображений одной и той же территории, выполненных при
съемке с использованием разных длин волн и плоскостей поляризации,
получают цветные синтезированные изображения, подчеркивающие
особенности лесного полога (зарастающие места рубок, насаждения
Разной густоты, состава пород и др.). Аналогично материалам других
съемок, разновременные радиолокационные изображения могут быть
использованы при проведении мониторинга лесов (рис. 3.29).
Совместное использование данных различных съемочных систем
приводит иногда к получению изображений, обладающих новыми свой-
ствами (рис.3.30,3.31).
83
а) б) в)
Рис.3.29. Разновременные зимние самолетные радиолокационные снимки (С-волны),
полученные в 1991 (а) и 1992 (б) гг. С изображением мест рубок. Синтезированное
изображение (в) разновременных снимков позволяет выявить новые участки мест
рубок (отмечены красноватым цветом) [20]
Рис. 3.30. Синтезированный самолетный радиолокационный снимок, полученный
при синтезе трех изображений (С, L и Р - волны, HV - поляризация) [20]
84
Рис. 3.31. Совмещение снимков, полученных Landsat ТМ (США) и Radarsat (Канада) [20]
Основываясь на анализе данных различных исследований, можно
полагать, что радиолокационные съемки позволяют получать значи-
тельную часть дополнительной информации, необходимой органам лес-
ного хозяйства для ведения мониторинга лесов. К ней можно отнести:
данные о рельефе местности; высоте леса; биомассе; увлажненность
почв на не покрытых и покрытых лесом и нелесных землях; глубина
залегания грунтовых вод; глубина снега; зоны вечной мерзлоты; более
полная характеристика лесоболотных комплексов; размещение и со-
стояние гидролесомелиоративной сети; оценка степени осушенности
территории в результате проведения гидролесомелиорации (осушения);
зоны подтопления, заболачивания; выявление пораженных или угне-
тенных участков леса по содержанию воды в листьях и хвое на основе
Диэлектрической проницаемости; наличие подроста и подлеска под по-
логом леса.
85
Преимуществом РЛ - съемок является то, что это почти всепогод-
ные съемки и проведение их не зависит от степени освещенности мест-
ности. Для условий России, особенно в северных ее широтах, где боль-
шая часть времени года присутствует облачность, этот фактор во мно-
гих случаях может быть решающим при выборе вида съемки при рав-
ных характеристиках в пользу радиолокационной.
3.2.2.6. Обобщенная характеристика съемочной аппаратуры,
установленной на современных искусственных спутниках Земли
Развитие технических средств дистанционного зондирования Земли
из космоса идет по двум взаимодополняющим направлениям. Первое из
них основано на фотосъемке земной поверхности в видимой и ближней
ИК областях спектра и доставке отснятых фотопленок на Землю при
посадке спускаемого аппарата космического корабля либо в сбрасывае-
мых контейнерах. К фотографированию земной поверхности приступи-
ли еще в начале 60-х гг. службы систем национальной безопасности
СССР и США. В наземных условиях производятся фотохимическая об-
работка фотопленки и изготовление съемочной продукции. Данные съе-
мочные материалы предназначены для решения задач, не требующих
оперативного принятия решений, например, для инвентаризации и кар-
тографирования лесов. Это направление в России обеспечивали до кон-
ца XX столетия автоматические (беспилотные) ИСЗ серии «Ресурс-Ф».
Второе направление исследования природных ресурсов Земли из
космоса связано с беспилотными оперативными ИСЗ. Они обеспечива-
ют проведение съемок в видимом, инфракрасном и радиодиапазонах
электромагнитного спектра нефотографическими съемочными средства-
ми и передачу полученной информации со спутников по радиоканалам в
оперативном режиме, в том числе в режиме реального масштаба времени,
на наземные пункты приема информации, где производится ее оператив-
ная обработка и доставка потребителям. Информация предназначена как
для исследования быстротекущих процессов на поверхности Земли (на-
пример, обнаружение лесных пожаров, повреждение лесов насекомыми -
вредителями и пр.), так и для решения задач, связанных с разносторонним
изучением природных ресурсов (например, учет текущих изменений в
лесном фонде, инвентаризация и картографирование лесов и т. п.).
Обобщенная характеристика основной съемочной аппаратуры, уста-
новленной на некоторых функционирующих в настоящее время КЛА,
обеспечивающей получение информации для изучения природной сре-
ды, приведена в табл. 3.6.
86
Таблица 3.6
Обобщенная характеристика съемочной аппаратуры, установленной на КЛА
Космический летательный аппарат, тип съемочной системы Высота орбиты, км Диапазон съемки, мкм Число зон Разрешение на местности, м Ширина полосы захвата, км
" „ресурс-Ф» • фотокамеры: -КФА-1000 -СА-М(МК-4) 200-400 0,5-09 0,5-0,9 1-3 4 5-10 6-20 60-80 180
"Тресурс-01 »-№4-сканеры: -МСУ-Э -МСУ-СК 670 0,5-0,9 0,5-1,0 3,5-12,6 3 4 2 30-40 150 600 60 600
♦«Ресурс-ДК1 »-сканеры 350-610 0,58-0,80 0,5-0,8 1 3 1 2,3 28
«Монитор-Э (ГКНПЦ им. М.В. Хруничева)-сканеры 550 0,58-0,85 0,54- 0,90 1 3(6) 8(3) 20/40(6) 80-100 200
«Landsat-7» ЕТМ+ 705 0,52-0,90 0,45-2,35 10,42-12,50 1 6 1 15 30 60 185
«SPOT»1,2,4- сканер Радиометр VGT( Vegetation) 819-822 0,50-0,89 0,51-0,73 0,61-1,75 3 1 3 20 10 1150 60
«SPOT» 5 819-822 Панхром MSS 1 3 2,5/5 10 60
«Океан-О» - сканер МСУ-С - сканер МСУ-М - радиолокатор 670 0,8-1,1 0,5-1,1 3,2 см 2 3 1 370 1000 1200x1500 1100 1900 450
IRS 780 0,52-1,7 4 5,8/15 70
Terra-Modis 705 0,4 -14,4 36 250 500 1000 2330 (полоса обзора)
Terra-ASTER 705 0,5-12 14 15/90 60
IKONOS 681 Панхром MSS 1 4 0,8-1,2 4 11
QUICKBIRD 450 Панхром MSS 1 4 0,6 2,4 16,5
«Метеор» -ЗМ» 1000 0,5-1,0 2 1 км 3000
— _ 10,4-12,5 2 1 км
_МОАА-радиометр AVHRR 830-870 0,58-12,5 6 1/4 км 3000
._ERS - радиолокатор AMI 782-798 5,66 см 1 30 100
JERS-1: -радиолокатор -сканер на ПЗС 567-569 1275 Мгц 0,52-2,40 1 7 18 18/24 75 75
RAOARSAT-радиолокатор 743 11,6; 17,3 и 30 МГц 3 9-100 45-500
стадии разработки MSS-многоспектральная съемка
87
Основными характеристиками космических снимков (как и аэро-
фотоснимков) являются величины пространственного, спектрального, ра-
диометрического (для цифровых изображений) и временного разреше-
ний.
Пространственное разрешение фотоснимков определяется мини-
мальным размером контрастного объекта на поверхности земли, кото-
рый может быть изображен на нем. А спектральное разрешение харак-
теризуется способностью датчиков космических систем принимать от-
раженную от земной поверхности радиацию в установленных диапазо-
нах электромагнитного спектра (рис. 3.32- 3.33).
Длина волн(цм)
15 1000
3,0
Средняя ИК-зона
Дальняя ИК-зона
(тепловая)
СВЧ - диапазон
Рис. 3.32. Обобщенная характеристика спектрального разрешения датчиков основных
космических систем [21]
Ближняя ИК-зона Средняя ИК-зона Дальняя ИК-зона
Рис. 3.33. Спектральное разрешение космических нефотографических съемочных
систем [21]
+4 L- зоны радара
88
Черно-белые космические фотоснимки обычно бывают панхромати-
ческими, т.е. регистрируют отраженное солнечное излучение в видимом
диапазоне спектра. Космические спектрозональные фотоснимки полу-
чают при съемке на двухслойную спектрозональную пленку (обычно
тип СН-10) в спектральных диапазонах 0,57-0,68 и 0,68-0,81 мкм. Мно-
гозональное фотографирование космической системой МК-4 осуществ-
ляется при одновременной съемке четырьмя камерами на черно-белые
пленки. Сканерные съемки обычно проводятся в нескольких спектраль-
ных зонах - от трех и более. На некоторых ИСЗ одновременно съемка
проводится также и в одной видимой («панхроматической») зоне с це-
лью получения снимков более высокого пространственного разреше-
ния.Пространственное разрешение сканерных (цифровых) изображений
характеризуется размерами элементов изображения - пикселей (от pixel -
picture element, англ.).
Различают цифровые космические снимки низкого, среднего и высо-
кого пространственного разрешения, размер пикселей у первых равен
примерно 1 км (и более), у вторых - находится в пределах 100-200 м
и у третьих - измеряется в единицах и десятках метров (рис.3.34-3.37).
Пространственное разрешение
(размеры пикселей)
Рис. 3.34. Пространственное разрешение сканерного изображения SPOT
(размер пикселя 20x20 м) [21]
89
Рис.3.35. Изображение, полученное сканером ТМ с ИСЗ Landsat
(размер пикселя 30x30 м) [21]
Рис.3.36. Территория России. Съемка радиометром AVHRR с ИСЗ NOAA
(размер пикселя 1,1 км) [21]
90
Рис. 3.37. Изображение, полученное с помощью радиометра AVHRR с ИСЗ NOAA
(размер пикселя 1,1 км) [21 ]
С величиной разрешения на местности связана величина возможного
масштаба картографирования. Так, по космическим снимкам с
разрешением 30 м возможно картографирование в масштабе 1:200 000;
15-20 м - 1:100 000; Юм- 1:50 000; 5м- 1-25 000; 2-3 м - 1-10 000
и 1 м - 1:5000.
Радиометрическое разрешение характеризует чувствительность дат-
чика съемочной системы для различения градаций яркости. Оно выра-
жается в количестве бит, в которых записывается принятая на борт
спутника информация. Например, 8-битные изображения могут содер-
жать информацию в диапазоне квантования от 0 до 255 градаций ярко-
стей, в то время как 7- битные - только в диапазоне от 0 до 128 (рис. 3.3 8).
Временное разрешение характеризуется промежутком времени, в те-
чение которого космическая система способна пролетать над одной и той
же территорией и проводить повторную съемку. Так, отечественный
спутник «Ресурс-О» может проводить повторную съемку одной и той же
территории через 14 суток, французский SPOT - через 26 суток, аме-
риканский Landsat ТМ - через 16 суток, а спутники серии NOAA осу-
ществляют съемку всей Земли не менее четырех раз в сутки.
Разновременные и повторные съемки из космоса позволяют органи-
зовать слежение или мониторинг за состоянием лесных ресурсов за дли-
тельный период времени и оценивать экологические последствия
Различных воздействий налес.
91
8бит О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 244 249 255
1111111111111\\| Il-
li 1\\111111 И -
7 бит 0 12345 122 123 124 125 126 127
I I I I I I I I I I I I |W| I I I I I I I I
111111111111\\111111 LL
Рис. 3.38. Схематическое представление уровней квантования
8-битных и 7-битных изображений
Ниже на рис. 3.39 - 3.43 приводятся для иллюстрации изображения
высокого разрешения KBP, IKONOS, IRS, Aster.
Рис. 3.39. Космический фотоснимок КВР (разрешающая способность 1-2 м)
92
Рис. 3.40. Синтезированное изображение космического снимка IKONOS (разрешение
при панхроматическом режиме съемки 1 м, многоспектральном — 4 м)
Рис. 3.41. Композитное изображение IRS (разрешение 15 м)
93
Рис. 3.42. Черно-белый космический снимок IRS (разрешение 5.8 м)
Рис. 3.43. Синтезированный снимок с ИСЗ TERRA - А8ТЕК(разрешение 15 м)
94
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Виды летательных воздушных и космических аппаратов, с которых
производят съемку, визуальные наблюдения и которые используют для прове-
дения различных видов работ в интересах лесного хозяйства.
2. Основные характеристики орбит космических аппаратов при съемке
земной поверхности в интересах изучения природных ресурсов Земли.
3. Сущность аэро- и космической фотосъемки, особенности кадровой,
щелевой и панорамной фотосъемок.
4. Типы кадровых аэрофотоаппаратов, применяемых для съемки лесов с
самолетов и космических аппаратов, принципиальные схемы их устройства,
виды кадровой съемки.
5. Светофильтры, аэрофотопленки, фотобумаги, применяемые при съем-
ке лесов. Суть летно-съемочного процесса. Требования к фотограмметрическо-
му и фотографическому качеству аэрофотоматериалов.
6. Основные отличительные особенности нефотографических съемок от
фотографических. Типы нефотографических съемочных систем, применяемых
для съемок земной поверхности.
7. Принципиальная схема устройства оптико-механических и цифровых
сканеров.
8. Принципиальная схема устройства телевизионных съемочных систем.
Сущность лазерных съемок.
9. Сущность микроволновых и радиолокационных съемок.
10. Основные типы современных и перспективных космических летатель-
ных аппаратов, обеспечивающих получение применяемых в лесном и лесопар-
ковом хозяйстве материалов космических съемок. Краткая характеристика этих
аппаратов, установленных на них съемочных систем и получаемых материалов.
95
ГЛАВА 4. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
АЭРО - И КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ
4.1. Понятие о проекции изображения
Построение изображения какого-либо объекта (предмета) на любой
поверхности по определенному закону называется проектированием, а
полученное изображение - проекцией.
Виды проектирования весьма разнообразны. Так, например, в геоде-
зии для получения плана небольшого участка земной поверхности все
точки ее проектируют на горизонтальную поверхность отвесными ли-
ниями. Такой способ проектирования называется прямоугольным (орто-
гональным), а полученная проекция - прямоугольной или ортогональ-
ной (рис.4.1,а).
Фокусное рас-
стояние
Высота
полета
а б
Рис. 4.1. Схема формирования ортогональной (а) и центральной (б) проекций
изображения
Если точки пространства проектируются на какую-либо поверхность
лучами, сходящимися в одной точке, называемой центром проекции, то
такой способ проектирования называют центральным, а полученную
проекцию (следы пересечения этих лучей с избранной поверхностью)
центральной, или перспективой этих точек (рис.4.1,6). Лучи, при помо-
щи которых производится центральное проектирование, называют про-
ектирующими лучами. Совокупность проектирующих лучей, распола-
96
гающихся в пространстве, называют связкой проектирующих лучей, а
их общую точку - узлом связки.
Аэрокосмические съемки, осуществляемые с помощью фотографи-
ческих и оптико-электронных съемочных систем (сканеров и др.), явля-
ется центральным проектированием. Рассмотрим сущность проблемы
на примере аэрофотосъемки.
Оптический центр объектива фотоаппарата (съемочной системы)
служит центром проекции, через который проходят все проектирующие
лучи, исходящие от точек объекта в момент его фотографирования, а
фотонегатив - плоскостью, на которой строится изображение по закону
центрального проектирования. Проявленный фотографический негатив
является центральной проекцией (перспективой) сфотографированного
объекта.
При аэросъемках объектом фотографирования служит земная по-
верхность, а результатом съемки является аэрофотоснимок (негатив или
позитив), представляющий собой центральную проекцию снятой мест-
ности.
Изображение на аэроснимках объектов местности, в том числе де-
ревьев, обусловливается прежде всего их геометрическими свойства-
ми - формой и размером.
Формы и размеры объектов местности изображаются на аэрофото-
снимках в соответствии с их масштабом, разрешающей способностью и
с геометрическими законами центральной проекции. Если фотографи-
руемая местность плоская, горизонтальная и объекты местности не
имеют высоты и находятся в плоскости местности, то изображение их,
полученное при отвесном положении оптической оси съемочной каме-
ры, будет подобно им, т.е. центральная проекция будет совпадать с ор-
тогональной проекцией, получаемой на плоскости при проектировании
на нее точек местности прямыми линиями, перпендикулярными к этой
плоскости. Сетка квадратов на местности, например, изобразится на
снимке подобной сеткой в масштабе снимка.
Однако в большинстве случаев снимаемые объекты из-за их высоты,
неровностей земной поверхности, наклона оптической оси в момент
аэрофотосъемки изобразятся искаженно, т.е. точки и объекты на аэро-
фотоснимке получаются смещенными за счет превышения местности
или высоты предмета и угла наклона аэрофотоснимка.
Некоторое представление о характере изображений объектов,
имеющих высоту, при съемке в разных проекциях дает рис.4.2.
97
Рис 4.2. Изображение одних и тех же объектов в разных проекциях
98
4.2. Элементы центральной проекции аэрофотоснимка
Элементы центральной проекции применительно к горизонтальному
аэрофотоснимку показаны на рис. 4.3:
"НКУ пересечения главного луча с плоскостью
Фокусное расстояние аэрофотокамеры: OS=H -
Рис. 4.3. Элементы центральной проекции:
Т - предметная плоскость - плоскость местности; N - картинная плоскость, или плос-
кость негатива; Р - картинная плоскость, или плоскость позитива; S - центр проекции
~ узловая точка объектива аэрофотоаппарата; ASa, OSo, BSb, CSc, DSd - проектирую-
щие лучи; a, о, b, c, d- изображения или центральные проекции точек А, О, В, С, D мест-
ности; oSO - главный луч, или оптическая ось аэрофотокамеры - перпендикулярен к
плоскости негатива снимка N; о - главная точка аэрофотоснимка, представляющая
негатива аэрофотоснимка N; So= fk -
высота съемки
Аэрофотоснимки, полученные при наклонном положении оптиче-
ской оси аэрофотоаппарата, имеют более сложные зависимости между
элементами центральной проекции, и положение аэрофотоснимка в
нространстве в этом случае определяется рядом плоскостей, линий и
99
точек, которые характеризуются особыми
свойствами. Для уяснения
этих свойств воспользуемся рис. 4.4.
Предположим, что аэрофотоснимок расположен в наклонной плос-
кости изображения Р, которая пересекается с плоскостью местности Т
под углом а. Если провести из каких-либо точек, лежащих в плоскости
местности, проектирующие лучи через точку S, отстоящую от плоско-
сти Р аэрофотоснимка на расстоянии, равному фокусному расстоянию
аэрофотоаппарата fK, до пересечения с плоскостью изображения Р, то
точки пересечения проектирующих лучей с плоскостью изображения
будут центральными проекциями одноименных точек местности.
Главный луч (оптическая ось OSo) пересекает аэрофотоснимок в его
геометрическом центре о, называемом главной точкой.
Положение главной точки на аэрофотоснимке определяется практи-
чески пересечением прямых, соединяющих имеющиеся на аэрофото-
снимке индексы (координатные метки).
Точка пересечения отвесной линии NSn, проходящей через центр
объектива (через точку 5), с плоскостью аэрофотоснимка является точ-
кой надира п. Её отстояние от главной точки снимка о определяется по
формуле: оп= oS tga =fk tga. Направления, проведенные от точки нади-
ра к краям аэрофотоснимка, из-за рельефа местности не искажаются.
юо
Точка пересечения биссектрисы Sc угла а (угол наклона оптической
оси аэрофотоаппарата) с плоскостью аэрофотоснимка определяет точку
нулевых искажений с. Ее положение на аэрофотоснимке может быть
установлено на основании определения отрезка до главной точки по
формуле oc = oS tg^ = fk tg^
В точке нулевых искажений масштаб по всем направлениям равен
масштабу горизонтального аэрофотоснимка плоской местности, и на-
правления, проведенные от точки нулевых искажений к краям аэрофо-
тоснимка, из-за наклона оптической оси АФА в момент фотографирова-
ния не искажаются.
На горизонтальном аэрофотоснимке (при отсутствии угла наклона
оптической оси аэрофотоаппарата) точки надира п и нулевых искаже-
ний с совпадают с главной точкой о. На плановых аэрофотоснимках
(рис.4.5), при малых углах отклонения (до 3е), вместо точки нулевых
искажений можно пользоваться главной точкой или какой-либо другой
контурной точкой, расположенной около нее в радиусе г = 0,02 fkn даже
в пределах круга диаметром d=\ см. Такую контурную точку называют
центральной.
Рис. 4.5. Плановый аэрофотоснимок [19]
Плоскость W, проходящая через оптическую ось oSO, при пересече-
нии с плоскостью аэрофотоснимка дает линию главной вертикали w
101
(направление полета). На главной вертикали лежат главная точка, точка
надира и точка нулевых искажений.
Линии, проведенные на аэрофотоснимке перпендикулярно главной
вертикали, называются горизонталями. Горизонталь, проходящая через
главную точку, называется главной горизонталью (ho h0), а через точку
нулевых искажений линией неискаженного масштаба (hc hc). Масштаб
изображения этой горизонтали не искажается независимо от наклона
оптической оси. Масштаб же наклонного аэрофотоснимка изменяется
по линии главной вертикали.
Знание свойств этих линий и точек очень важно для правильного
толкования фотографического изображения характеризуемых объектов,
прежде всего при составлении по снимкам картографических материа-
лов.
Элементы ориентирования одиночного снимка. Для составления
картографических материалов и выполнения некоторых других работ
необходимо знать положение каждой изобразившейся на снимке точки
в системе геодезических координат. Для этого нужно установить поло-
жение снимка в плоскости и пространстве в момент съемки. Величины,
определяющие положение снимка в момент съемки относительно сис-
темы координат, называют элементами ориентирования снимка. Разли-
чают элементы внутреннего и внешнего ориентирования.
Элементы внутреннего ориентирования определяют положение цен-
тра проекции S относительно снимка. К ним относятся (рис.4.6) фокус-
ное расстояние объектива съемочной камеры f и координаты главной
точки (х0, уо) в системе координат снимка. Эти элементы, характери-
зующие съемочную камеру, определяют при ее калибровке с точностью
0,001 мм и записывают в паспорт.
Рис. 4.6. Элементы внутреннего ориентирования снимка
102
Элементы внутреннего ориентирования формируют связку проекти-
рующих лучей, положение в пространстве которой определяют шесть
элементов внешнего ориентирования. Три из них линейные - геодезиче-
ские координаты проекции S(X$ ; У/; Zf ) и три угловые (рис.4.7): а
-продольный угол наклона снимка (угол между осью Z и проекцией
главного луча на плоскости XZ)\ со - угол поворота снимка (угол между
главным лучом и проекцией главного луча на плоскость AZ); к -угол
поворота снимка (угол на снимке между осью Y и следом сечения плос-
кости снимка с плоскостью, построенной на главном луче и оси Y).
Рис. 4.7. Элементы внешнего ориентирования снимка
Для всех снимков, полученных одной съемочной камерой, элементы
внутреннего ориентирования постоянны и величины их известны. Эле-
менты внешнего ориентирования у каждого снимка свои и неизвестны.
Их можно определить разными способами, которые делят на две груп-
пы- В первую входят способы, позволяющие определять элементы
внешнего ориентирования снимков в полете с помощью специальных
приборов: координат центров проекций - по показаниям GPS-приборов;
Угловых элементов (а, со) - с помощью инерциальных систем навигации.
В° вторую группу входят способы определения элементов внешнего
°Риентирования по опорным точкам. Определение их производится при
последующей межотраслевой или отраслевой фотограмметрической
°бработке снимков.
103
4.3. Масштабы снимка
Под масштабом изображения местности понимают отношение от-
резка прямой этого изображения к соответствующему отрезку прямой
на местности.
Масштаб горизонтального аэрофотоснимка выражается простым со-
отношением
1=Л,
т Н
где fk - фокусное расстояние камеры;
Я - высота фотографирования.
Масштаб горизонтального аэрофотоснимка плоской местности по-
стоянен по всей площади аэрофотоснимка, следовательно, горизонталь-
ный аэрофотоснимок является планом плоской местности.
Масштабы планового и перспективного аэрофотоснимков не равны
масштабу соответствующего горизонтального аэрофотоснимка.
Масштаб планового аэрофотоснимка в принципе различен не только
в разных частях аэрофотоснимка, но и в каждой точке. Он неодинаков
также для различных направлений. Однако, учитывая, что углы наклона
плановых аэрофотоснимков малы (до 3°) и искажения невелики, мас-
штаб их для практических целей определяется по той же формуле, что и
горизонтальных аэрофотоснимков.
Перспективный аэрофотоснимок в разных своих частях имеет суще-
ственно различные масштабы изображения, которые зависят от того, в
каком направлении взят измеряемый отрезок. Только по линиям, пер-
пендикулярным к главной вертикали (по горизонталям), масштаб оста-
ется постоянным.
Масштаб перспективного аэрофотоснимка может быть определен
как отношение бесконечно малого отрезка dr на аэрофотоснимке к со-
ответствующему бесконечно малому отрезку на местности DR.
Исходя из этого, масштаб вдоль любого направления перспективно-
го аэрофотоснимка можно определить по формуле (В.Ф. Дейнеко,
1955):
(cos а--у sin а)2
_ 1 Л ? Л
DR т Н ^1-sin2 a-sin2 р
где х - координаты искомой точки; a - угол наклона аэроснимка; Ф -
угол, образованный направлением съемки и направлением из главной
точки на искомую точку.
104
По этой формуле и рис. 4.4 можно определить масштаб в характер-
ных точках по главной вертикали и горизонталям.
Масштаб горизонтали, проходящей через любую точку аэрофото-
снимка, определяется по формуле:
- = -- (cosa - -- sin a).
ту н fk
Если известны fk,Hna, то можно определить масштаб по любой го-
ризонтали, подставив во второй член в скобках значение координаты х
для искомой горизонтали. Так, например, для главной горизонтали,
проходящей через точку о, координата х=0, следовательно, формула
масштаба примет вид:
— = —cosa.
т Н
Масштаб по горизонтали, проходящей через точку надира, будет
1=л 1
т т cosa
так как х =fk tga.
Координата х для точки нулевых искажений равна х= -fk- tg - . То-
2
гда масштаб по горизонтали, проходящей через точку нулевых искаже-
ний, будет
1=А.
т Н
Масштаб вдоль главной вертикали в обобщенном выражении опре-
деляется формулой
1 Л z х . 2
— = ——(cosa sina) .
mH fk
Из анализа этой формулы видно, что масштаб по главной вертикали
непрерывно изменяется, так как непрерывно меняются значения коор-
динаты х для различных точек главной вертикали. Так, в главной точке
аэроснимка при х =0 масштаб по вертикали будет
в точке нулевых искажений при x=fktg -
2
1 = А
т Н ’
а для точки надира при x = -fk tga
105
1=A_L_.
m H cos2 a
Из вышеизложенного видно, что в главной точке масштаб по гори-
зонтали мельче, чем масштаб соответствующего горизонтального аэро-
фотоснимка, а масштаб по вертикали еще мельче, чем масштаб по гори-
зонтали. В точке нулевых искажений масштаб по всем направлениям
равен масштабу горизонтального аэрофотоснимка. Поскольку масштаб
каждой горизонтали наклонного аэрофотоснимка постоянен, а масштаб
горизонтали, проходящий через точку нулевых искажений, равен мас-
штабу горизонтального аэрофотоснимка, то эта горизонталь называется
линией неискаженного масштаба[7].
4.4. Искажения изображений на аэрофотоснимках [7]
Фотографируемые объекты местности из-за высоты, неровностей
земной поверхности, а также наклона негатива в момент аэрофотосъем-
ки изобразятся искаженно, т. е. точки и объекты на аэрофотоснимке
получаются смещенными за счет превышения местности или высоты
предмета и угла наклона аэрофотоснимка.
Кроме того, на аэрофотоснимке возникают искажения из-за невы-
равнивания аэропленки в момент экспозиции и дисторсии объектива,
вызывающей изменение направления световых лучей, выходящих из
задней узловой точки объектива. Рассматривать здесь последние два
вида искажений, имеющих, как правило, незначительную величину (до-
пустимая дисторсия - не более 0,02 мм, невыравнивание пленки - 0,03
мм), нет необходимости, поскольку они не относятся к свойствам цен-
тральной проекции и в большинстве случаев не учитываются в практи-
ческой работе.
. Линейные искажения, вызванные отклонением оптической оси
от вертикального положения. Участок местности изобразится на аэ-
рофотоснимке точно так же, как на плане, только тогда, когда он имеет
плоскую горизонтальную поверхность, а оптическая ось АФА в момент
фотографирования занимает вертикальное положение. В любом ином
случае изображение на аэрофотоснимке будет искажено. При этом ис-
кажения бывают линейные и угловые.
Характер искажений за счет отклонения оптической оси от вертика-
ли поясняется на рис. 4.8, где показано изображение сетки квадратов
горизонтальной местности на аэрофотоснимке. Для ее построения про-
водятся две взаимно перпендикулярные оси. Одна из них является глав-
ной вертикалью наклонного аэрофотоснимка - хх (на рис. 4.4 она имеет
106
обозначение vv), а другая - линией неискаженного масштаба hchc. Точка
пересечения осей даст положение точки нулевых искажений с. На глав-
ной вертикали от точки о отложим отрезок oi+oc и получим главную
точку схода i. Величина ci может быть определена по формуле
fk £ а
a = oz + oc = -£- + /jg--
zga 2
На линии неискаженного масштаба в обе стороны от точки с отло-
жим отрезки, равные сторонам квадратов в масштабе горизонтального
аэроснимка. Через полученные точки 1, 2, 3, 4 и Г, 2', 3’, 4' проведем
прямые, сходящиеся в точке L Эти прямые на наклонном аэроснимке
будут изображениями продольных сторон квадратов, параллельных на-
правлению аэросъемки (см. рис. 4.8).
Из точки с под углом в 45° к главной вертикали проведем прямые с//
и с/2, которые будут изображениями диагоналей сетки квадратов, про-
ходящих через точку нулевых искажений. Если через точки пересечения
диагоналей и продольных сторон сеток провести горизонтали, то полу-
чим изображение сторон квадратов, перпендикулярных к главной вер-
тикали. В результате этого возникнет изображение сетки квадратов на
перспективном аэроснимке, которое хорошо иллюстрирует характер
перспективных линейных и угловых искажений на аэроснимке.
Как видно, один и тот же квадрат на местности изображается в раз-
ных частях аэроснимка по-разному: ближайшие к точке нулевых иска-
жений квадраты имеют наименьшие искажения; по мере приближения к
главной точке схода изображения квадратов в размерах уменьшаются;
стороны, параллельные главной вертикали, значительно короче сторон,
перпендикулярных к этой линии, т.е. квадраты изображаются в виде
сплющенных сверху вниз трапеций.
Изображения квадратов, расположенных вправо и влево от главной
вертикали аэроснимка, получаются, кроме того, с горизонтальным пере-
косом, т.е. со сдвигом параллельных сторон трапеции в направлениях,
перпендикулярных к главной вертикали, углы между сторонами иска-
жаются.
Чем ближе изображения квадратов к основанию картины, тем боль-
Ше их размеры, причем увеличение размеров изображения сторон, па-
раллельных главной вертикали, происходит быстрее, чем увеличение
СТоР°н, перпендикулярных к ней, и квадраты имеют вид вытянутых
сверху вниз трапеций. Перекосы сторон трапеции аналогичны отмечен-
ным выше.
Из изложенного следует, что если попытаться совместить горизон-
тальный и перспективный аэрофотоснимки, на которых сфотографиро-
Ван °Дин и тот же участок плоской горизонтальной местности, с одной
107
высоты, одним и тем же аэрофотоаппаратом, то идентичные контурные
точки не совпадут. Смещение этих точек происходит в направлении от
точки нулевых искажений к краям аэрофотоснимка.
Рис. 4.8. Изображение сетки квадратов на перспективном аэрофотоснимке
Угловые искажения имеют место во всех точках аэрофотоснимка за
исключением точки нулевых искажений; причем в каждой точке углы
искажаются как в сторону увеличения (+), так и в сторону уменьшения
(-). Это зависит от положения вершины угла на аэрофотоснимке и от
направления сторон. В решении большинства практических вопросов
знак искажения значения не имеет, надо только знать максимальную
величину этого искажения.
Величина наибольшего искажения угла, построенного в главной
точке или точке надира, варьирует в пределах от 0,3' на плановом аэро-
фотоснимке, полученном с углом отклонения оптической оси от отвес-
ной линии а = 1°, до 6,5' для аэрофотоснимка с углом а = 5°.
Искажения изображения, вызванные отклонением оптической оси от
отвесной линии, можно рассматривать как искажение масштаба, а такие
искажения могут быть исправлены трансформированием аэрофото-
снимков^].
Искажения аэрофотоснимка, вызванные рельефом местности.
Рельеф местности обусловливает на аэрофотоснимках как линейные
искажения, представляющие собой смещения точек, так и угловые. Для
уяснения физического смысла линейных искажений обратимся к
рис. 4.9.
108
Рис. 4.9. Искажение изображения из-за рельефа
Пусть на горизонтальном аэроснимке Р изображена холмистая мест-
ность, точка А которой имеет превышение +Л относительно плоскости
Т. Ортогональной проекцией точки А на плоскость Т будет точка АНа
горизонтальном аэроснимке изображением точки А будет а, а ее ортого-
нальной проекции (Л') - точка а1. Таким образом, отрезок аа' на аэро-
снимке представляет собою не что иное, как смещение изображения
точки А, обусловленное рельефом местности. Оно расположено по на-
правлению от центра к краям аэроснимка, так как превышение в данном
случае положительно; при отрицательном превышении смещение про-
изойдет в направлении центра аэроснимка. Линейную величину этого
смещения, равную аа'=8ь на аэроснимке и AoA'=Ah на местности, можно
определить из подобия треугольников SAqO и АА1Ао:
А'АО А'А ^h
АоО ~ SO ~ Н
Если А0О обозначить через R, ао = г9 то
АЛ h
R ’Н’
Выразив величины R и Ah в масштабе аэроснимка Ah = Shin и
* ~ rm, можно написать:
109
8hm _ h
rm H
Так как
то
' н
Из формулы видно, что смещения за рельеф (высоту деревьев)
прямо пропорциональны превышению h и расстоянию г и обратно про-
порциональны высоте фотографирования Н. Поскольку высота фото-
графирования Н = ти/t, то на аэрофотоснимках, полученных короткофо-
кусными АФА, смещение точек за рельеф больше, чем на аэроснимках,
полученных длиннофокусными АФА.
В обобщенном смысле величина г есть радиус-вектор точки, иска-
жение которой мы хотим определить. При строгом подходе расстояние г
на аэрофотоснимке должно измеряться от точки надира, но так как пла-
новые аэрофотоснимки получаются при малых углах отклонения опти-
ческой оси АФА (до 3°), то точка надира располагается близко от глав-
ной точки аэрофотоснимков - в 3-5 мм. Поэтому для равнинной и хол-
мистой местности вместо точки надира можно пользоваться главной
точкой, положение которой определяется просто по координатным мет-
кам каждого аэрофотоснимка.
Эту же формулу можно использовать для определения так называе-
мой полезной площади аэрофотоснимка, т. е. такой площади, где иска-
жения за рельеф находятся в пределах допуска и ею можно пользовать-
ся как топографическим планом.
Линейные искажения на аэрофотоснимках под влиянием рельефа
местности вызывают дополнительные искажения в углах, построенных
в любой точке аэрофотоснимка, кроме точки надира. Максимальная
величина искажения угла Афтах» построенного в главной точке аэрофо-
тоснимка, определяется по формуле
Дф
Hr
Расчет по этой формуле показывает, что максимальная ошибка угла,
построенного в главной точке планового аэрофотоснимка формата
18x18 см, масштаба 1:10000, при г = 70 мм равна для превышений:
Юм- 2,6’; 25 м - 6,4’; 50 м - 13,0’; 100м - 26,0'.
но
Из приведенных данных видно, что влияние резко выраженного
льефа на построение углов может быть весьма значительным и выйти
за допустимые пределы (3-5'). Поэтому на аэрофотоснимках горной ме-
стности углы надо строить только в точке надира [7].
Для выяснения влияния рельефа местности на изменение масштаба
различных частей снимка, расположенных на неровной земной поверх-
ности, рассмотрим рисунок 4.10.
Рис. 4.10. Влияние рельефа местности на масштаб изображения
На рисунке изображено сечение отвесной плоскостью, которая про-
ходит через центр проекции S, горизонтального снимка Ро и четырех
участков: наклоненного в сторону от точки 5 - АВ, наклоненного к точ-
ке S - LG и двух горизонтальных с разными высотами - BD и KL.
Ортогональные проекции всех четырех участков (сечений) равны между
собой-ЛВ0 = BoD = KL = LGo. Из рисунка и приведенных данных вид-
но, что в центральной проекции линии ортогональной проекции изобра-
зятся равными отрезками (abo =bodo = kl= lgo).
Таким образом, изображение участков, наклоненных от точки 5,
меньше их изображения в ортогональной проекции. С увеличением угла
наклона участка точки А и В могут оказаться на одном проектирующем
111
луче и линия АВ изобразится в этом случае на снимке точкой, а участок
местности - линией. Дальнейшее увеличение угла наклона v (склоны
гор, балок, оврагов и др.) приведет к тому, что участок окажется в
«мертвой зоне» и совсем не отобразится на снимке.
Изображение наклоненных к точке S участков всегда будет крупнее
изображения их ортогональной проекции. Наибольшее различие будет
тогда, когда плоскость участка перпендикулярна проходящему через
его центр проектирующему лучу.
Масштаб изображения наклоненных вдоль ската участков зависит
от их ориентации относительно центра проекции, значения угла их на-
клона и отстояния изображения участка от точки надира, а масштаб
ровных горизонтальных участков местности BD и KL зависит от их вы-
соты. Среднее относительное изменение масштаба изображения таких
участков
Дти/дй-hl Н,
где т - разность знаменателей масштаба изображения разновысоких
равнинных участков; т~ - среднее значение знаменателей масштаба
этих участков; h - превышение между участками; Н - средняя высота
съемки.
Масштаб изображения наклоненных участков по топографической
горизонтали будет постоянным и зависит от ее высоты [11].
Рабочая площадь аэрофотоснимка. Из сказанного выше видно, что
величина линейных искажений изображений на аэрофотоснимках тем
больше, чем больше расстояние от центра снимка (главной точки) к его
края, т.е. все искажения увеличиваются по мере увеличения расстояния
г. Кроме линейных существуют и другие искажения изображений, воз-
никающие под влиянием разнообразных физических факторов: дистор-
сии объектива (допускается до 0,03 мм), рефракции атмосферы, дефор-
мации пленки (не более 0,01 мм) и др. При детальном анализе влияния
этих факторов можно увидеть, что и они вызывают наибольшие иска-
жения и ухудшение качества изображения на краях аэрофотоснимка.
Поэтому при дешифрировании и создании фотопланов и лесных карт
используют среднюю, наименее искаженную часть аэрофотоснимка,
называемую рабочей площадью аэрофотоснимка, которую в практике
определяют путем проведения прямых линий посредине зон продоль-
ных и поперечных перекрытий. Это правило относится и к космическим
снимкам [7].
4.5. Искажения изображений на космическом снимке
«Космический фотоснимок является центральной проекцией, или
перспективным изображением местности, т.е. все геометрические свой-
ства, основные элементы и искажения, присущие аэроснимкам, харак-
терны и для космических снимков. Однако при съемке с больших высот
возникают искажения не только за счет изменения высоты (рис.4.11), но
и из-за кривизны (сферичности) поверхности Земли, особенно при
съемке фотокамерами с широкоугольными объективами, влияющей на
положение точек на снимке, - они не лежат в одной плоскости (рис.
4.12).
Рис. 4.12. Влияние кривизны Земли
на положение точки на космическом снимке
Рис. 4.11. Искажения из-за изменения
высоты фотографирования
Смещение точки на снимке из-за кривизны Земли равно:
X 3 Н
8Г='' -------
2ЛзЛ2
где г - расстояние от центра снимка до точки; Н-высота съемки; Яз-
радиус Земли (6371 км);У* - фокусное расстояние съемочной камеры.
Искажения из-за кривизны Земли, как и из-за рельефа, зависят от
высоты съемки и фокусного расстояния камеры. По приведенной фор-
муле для каждой конкретной съемочной системы с учетом высоты ор-
иты ее космического носителя можно рассчитать радиус полезной
площади, в пределах которого искажение из-за кривизны поверхности
мли не будет превышать заданной величины:
из
rJW?
V 200
Так, например, радиус полезной площади, в пределах которой сме-
щение не будет превышать 0,2 мм на снимках, полученных с высоты
200 км равен: для камеры су* 80 мм ~ 4,3 см;у£ 200 мм « 8,0 см;у* 100см
~ 23,4 см. При увеличении высоты орбиты радиус полезной площади
где искажениями из-за кривизны поверхности Земли можно пренебречь
будет уменьшаться. При Н = 400 км nfk = 200 мм г будет « 6,3 см, а при
fk = 100 см ~ 18,5 см. Таким образом, при съемках с Н 200-400 км каме-
рами с fk >200 мм и размером кадра 18x18 см в пределах основной части
рабочей площади снимка искажения за счет кривизны поверхности Зем-
ли не будут превышать 0,2-0,3 мм. Поэтому при практических работах
по лесохозяйственному дешифрированию и нанесению контуров ими
можно пренебречь.
Существенные искажения из-за кривизны Земли не могут быть ис-
правлены трансформированием, так же как нельзя развернуть на плос-
кости поверхность шара без сжатия и растяжении. В случаях незначи-
тельных искажений из-за кривизны поверхности Земли они могут быть
исправлены трансформированием порознь отдельных, равноудаленных
от центра снимка участков или дифференциальным трансформировани-
ем на щелевых трансформаторах. Исправление снимков от перспектив-
ных искажений на краях рассматривается как преобразование одной
проекции в другую» [7]. Эту работу выполняют на компьютерах по спе-
циальным программам (см. главы 10, 12).
Для характеристики геометрии сканерного изображения и его коор-
динатной привязки используют понятие системы координат сканера,
элементов внутреннего и внешнего ориентирования строки. За центр
проекции изображения принимают точку пересечения оптической оси
сканера с плоскостью сканирующего элемента (зеркала, призмы, клина)
для оптико-механических систем развертки и заднюю узловую точку
объектива - для систем электронного сканирования.
За главную точку строки принимают точку пересечения главного
луча сканирования с плоскостью изображения, когда этот луч совпадает
с биссектрисой угла обзора. Тогда координаты этой точки в выбранной
системе координат строки будут называться координатами главной точ-
ки строки. Координаты точки местности в системе сканера могут быть
получены по значению расстояния от носителя до этой точки и текуще-
го угла сканирования, соответствующего направления на данную точку
в соответствующий момент времени [11].
«Проекция сканерного снимка, получаемого методом линейного
сканирования с постоянной угловой скоростью в направлении, перпен
114
кулярном линии полета, отличается от ортогональной. С увеличением
Д ла визирования Р масштаб элемента изображения (пикселя), соответ-
ствующего мгновенному углу зрения сканера J/?, быстро уменьшается:
1 1
тр тп * COs2 Р
где 1/тп - масштаб изображения в надире; 1/тр - масштаб изобра-
жения при угле визирования р.
Это приводит к сжатию изображения от центра снимка к краям
вдоль строк сканирования. Поэтому квадратная сетка на плоской мест-
ности изображается на сканерном снимке прямоугольной (наиболее
близка к ортогональной проекции центральная часть снимка). Измене-
ние масштаба вдоль линии сканирования компенсируют соответствую-
щим изменением угловой скорости сканирующего элемента (зеркала,
клина) или устраняют в процессе обработки сканерной информации по
специальным программам с помощью ЭВМ.
Влияние рельефа при сканерной съемке имеет свои особенности.
Точки с положительными превышениями изображаются, как и на кад-
ровом снимке, дальше от линии надира, однако смещение из-за рельефа
на сканерных снимках направлено по перпендикуляру к линии надира.
При сканерной съемке рельеф оказывает несколько меньшее влияние на
геометрию снимка» [7].
Геометрическая коррекция сканерных изображений выполняется,
как правило, при межотраслевой обработке, организациями, осуществ-
ляющими приемку информации и реже непосредственно потребителями
при ее тематической обработке, рассматривается в главе 10, посвящен-
ной автоматизированной обработке изображений. Общее представление
о геометрических преобразованиях сканерных изображений дается в
разделах, рассматривающих автоматизированные методы обработки
материалов аэрокосмических съемок.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1- Сущность центральной и ортогональной проекций. Показатели, харак-
теризующие оптические свойства природных объектов.
2. Геометрические свойства аэрофотоснимка как центральной проекции,
лементы центральной проекции.
3- Основные точки и линии аэрофотоснимков. Элементы внутреннего и
внешнего ориентирования.
4* Масштаб аэрофотоснимка. Искажения масштаба изображений на аэро-
космических снимках, причины этих искажений и способы их устранения.
115
ГЛАВА 5. ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ
СВОЙСТВА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
5.1. Ландшафты и их структура
На аэрокосмических снимках изображается ландшафтная оболочка Зем-
ли. Согласно современным представлениям, сложившимся под влиянием
работ Г.Ф. Морозова, В.В. Докучаева, В.И. Вернадского
Л.С. Берга, Б.Б. Полынова, В. Н. Сукачева и других ученых, она представляет
собой сложную систему с закономерной внутренней организацией.
В пространственном отношении она неоднородна и распадается на
взаимосвязанные подсистемы, получившие название природно-
территориальных комплексов (ПТК). НТК обособляются в результате
длительного исторического процесса, вызванного взаимодействием тек-
тоники, климата и геологического строения территории. В России выде-
лены природные зоны - арктические пустыни, тундры, лесотундры, ле-
са, лесостепи, степи, пустыни, субтропики, а также секторы - Восточно-
Европейский, Западно-Сибирский, Восточно-Сибирский и Тихоокеан-
ский. Основные ПТК более мелкого ранга - географические ландшафты.
Ландшафт - генетически однородный ПТК с одинаковыми геологиче-
ским фундаментом и климатом, одним типом рельефа. Ландшафт состоит
из свойственного ему набора динамически сопряженных и закономерно
повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ. В
морфологическом отношении ландшафт слагается из местностей, урочищ,
подурочищ, фаций, которые повторяются в его пределах в виде обособлен-
ных частей. Несколько смежных, примыкающих друг к другу фаций со-
ставляют более сложный по структуре природный комплекс - урочище, два
или более сопряженные урочища - местность, или ландшафт.
Самой простой, неоднократно повторяющейся территориальной
единицей ландшафта является фация, для которой характерно сохране-
ние на всем протяжении одинаковых литологии поверхностных пород,
характера рельефа и увлажнения, микроклимата, почвенной разности и
биоценоза. Фация может быть отождествлена с биогеоценозом - типом
леса. Урочища, объединяющие несколько фаций, менее однородны, но
для каждого из них характерен специфический, присущий только ему
набор фаций. Фации, имеющие относительно небольшую величину,
могут быть выделены лишь по изображениям крупных и средних мас-
штабов при разрешении на местности 1-2 м. В случае дешифрирования
снимков мелких масштабов выделяют обычно сочетания фаций - УР0-
чища. Урочищам присуща генетическая однородность, основанная на
116
иуроченности к отдельным элементам мезоформ рельефа или цели-
ком к мезоформам (холмам, сопкам, балкам, дюнам, котловинам, доли-
нам молодых рек, террасам и т. д. с амплитудами высот до нескольких
десятков метров). Они надежно выделяются при разрешении съемочных
материалов не хуже 5-20 м. В пределах урочищ наблюдается опреде-
ленный порядок во взаимном распределении фаций.
Более крупный элемент структуры ландшафта - местность. Каждая
из них имеет определенный набор основных и второстепенных урочищ.
Для надежного выделения местностей разрешающая способность мате-
риалов дистанционных съемок должна быть не хуже 20-100 м.
Ландшафт - основная исходная единица в системе ПТК, занимающе-
го сотни, иногда тысячи квадратных километров. Для ландшафта харак-
терны индивидуальные признаки и свойства, которые выражаются его
внешней («физиономической») структурой-набором имеющихся в нем
урочищ. Появление не свойственных ему урочищ свидетельствует о
том, что это уже другой ландшафт, поэтому окончательные границы
ландшафта устанавливают после выявления его структуры. Изучение и
территориальное отграничение ландшафтов необходимы, прежде всего,
для определения зоны экстраполяции признаков дешифрирования. Для
выделения ландшафтов могут быть применены материалы космических
съемок с разрешением в сотни метров.
У ПТК разных рангов (ландшафт, местность, урочище, фация) есть
свой комплекс индикаторов, отражающихся в рисунке изображения.
Основные свойства ландшафта - сопряженность составляющих его ком-
понентов, таких, как рельеф, литогенная основа, почвенный покров,
гидрологический режим, растительность. Поэтому комплекс компонен-
тов в том или ином сочетании может выступать в качестве индикатора
ПТК. Правда, необходимо учитывать надежность каждого из них, так
как одни с высокой степенью достоверности указывают на принадлеж-
ность ПТК, другие не очень надежны, непостоянны. Это свидетельству-
ет о необходимости выявления определяющих факторов, которые и сле-
дует брать за основу при ландшафтных методах дешифрирования.
Индикаторная роль растительности заключается в ее приспособле-
нии к определенным экологическим условиям. Некоторые древесные
породы характеризуются довольно узкой экологической амплитудой,
произрастая лишь в определенных условиях. Это ель, пихта, кедр, оль-
Ха» осина, кедровый стланик, черный и белый саксаулы и др. Но многие
Древесные породы могут приспосабливаться к разным условиям, обла-
Дая экологической пластичностью (сосна, береза, дуб и др.). Например,
СОсна может произрастать на разных отложениях - от песков до суглин-
117
ков в поймах, на склонах, террасах, плакорах. Однако в разных место-
обитаниях, как правило, различная производительность и состав насаж-
дений. В одном ландшафте производительность насаждений, например
сосняков, может колебаться в пределах четырех-пяти классов бони-
тета.
Задача ландшафтного дешифрирования - выявление объективно су-
ществующих границ пространственно обособленных ПТК. Наблюдае-
мые на аэрокосмических снимках границы подразделяют на две круп-
ные категории: природные границы, обусловленные рельефом, литоло-
гией, гидрологическими и другими особенностями; случайные времен-
ные границы, связанные с действием разовых антропогенных или при-
родных факторов (рубка леса, пожары, ветровалы, повреждение леса
вредителями и пр.), существенно не изменяющих литогенную основу.
Временные границы по мере восстановления лесов могут исчезнуть или
стать малозаметными, но могут сделаться и постоянными. Для природ-
ных границ характерны плавность и криволинейность, согласующиеся с
элементами рельефа, гидрографической сетью, участками с разным гид-
рологическим режимом и др., а также отсутствие резких границ, по-
скольку лесная растительность, способная произрастать в условиях раз-
ного рельефа, маскирует их. Временным границам во многих случаях
присуща четкость различий, как в натуре, так и на аэрокосмических
снимках. Это относится, прежде всего, к вырубкам, гарям, трассам, про-
галинам, поселкам, землям сельскохозяйственного пользования в пре-
делах лесных массивов.
ПТК характеризуются совмещенностью границ литогенной основы,
почв и лесного фитоценоза. Это позволяет на основе ландшафтного де-
шифрирования картографировать почвы, типы леса и условий место-
произрастания, устанавливать характеристику лесов по составу и пр.
При этом растительность используют как индикатор для дешифрирова-
ния почв и типов леса, а рельеф и подстилающие породы - для дешиф-
рирования состава и производительности леса.
Правильное разделение территории на ландшафты имеет важное на-
учное значение. Например, в пределах ландшафтов или их групп следу-
ет решать такие вопросы, как лесорастительное районирование, изуче-
ние типов леса и условий местопроизрастания, моделирование насажде-
ний с целью изучения их таксационной структуры и дешифровочных
зависимостей. В настоящее время накоплен определенный опыт дешиф-
рирования аэрокосмических снимков на ландшафтной основе при лесо-
инвентаризационных работах в горных районах на основе сочетания
118
аналитического и измерительного дешифрирования и наземных такса-
ционных работ.
Применение ландшафтного метода значительно расширяет возмож-
ности лесного дешифрирования, поскольку целенаправленно использу-
ют такие дополнительные признаки, как положение на местности отно-
сительно элементов гидросети, приуроченность к отдельным элементам
рельефа, микрорельеф поверхности и др. (рис. 5.1). Однако один этот
метод не решает задач по определению комплекса характеристик лесов
и площадей лесного фонда. Географические закономерности выполняют
роль основы, на которой полнее выявляются условия местопроизраста-
ния и закономерности строения лесов. Поэтому его следует применять
лишь в сочетании с аналитико-измерительным или автоматизирован-
ным методом дешифрирования, использующим комплекс прямых и
косвенных показателей и всевозможные корреляционные взаимосвязи.
Рис. 5.1. Ландшафтно-лесотипологический профиль горного района
5.2. Изобразительные свойства аэрокосмических снимков
Изображение снимка состоит из разных плотностей или цветов, рас-
положение которых соответствует структуре объекта съемки. Плотность
или цвет изображения, в свою очередь, являются функцией отражатель-
ной способности снимаемого объекта в той части спектра, в которой
производится съемка, и светочувствительности приемников излучения
(при фотосъемке - фотоматериала).
При дешифрировании объекты опознают по комплексу прямых и
к°свенных дешифровочных признаков. К прямым относят такие, кото-
119
рые изображаются на снимках и непосредственно воспринимаются де-
шифровщиками - тон (цвет), форма, размер, размещение, тени, рисунок.
Тон (цвет) однородных объектов изменяется в значительных преде-
лах и, тем не менее, является важным, а иногда и главным признаком
при дешифрировании лесов. Например, по тону на черно-белых сним-
ках в пологе насаждений выявляют кроны отдельных деревьев, темно-
хвойные леса, спелые осиновые насаждения, не покрытые лесом, и не-
лесные земли и др. По цвету на цветных спектрозональных (многоспек-
тральных) снимках надежно различаются хвойные и лиственные леса,
группы типов леса, погибшие и поврежденные болезнями, вредителями
и стихийными бедствиями леса, возобновившиеся вырубки, заросшие
кустарниками сенокосы и др. Особенно велико значение тона (цвета)
при дешифрировании мелкомасштабных аэро- и космических снимков,
так как другие дешифровочные признаки изображаются на них не все-
гда. Глаз человека способен визуально различить до 25 ступеней серого
тона, но обычно при визуальном дешифрировании ограничиваются се-
мибалльной шкалой тональности (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Семибалльная шкала тональности
Балл Тон Принцип выделения тона Предел оптиче- ской плотности
1 Белый Крайний визуально различимый тон шкалы <0,1
2 Почти белый Плотность вуали 0,2-0,3
3 Светло-серый Минимальная плотность изображения 0,4-0,6
4 Средне-серый Средняя плотность изображения 0,7-1,1
5 Темно-серый Максимальная плотность изображения 1,2-1,6
6 Почти черный Тон, превышающий максимальную плотность большинства фотоизображе- ний 1,7-2,1
7 Черный Крайний визуально различимый тон шкалы >2,2
Автоматическое дешифрирование основывается на количественной
оценке тона изображения. Современные технические средства преобра-
зуют непрерывное полутоновое изображение в дискретное, или ступен-
чатое, выделяя до 256 ступеней (уровней) плотности. Цветовых разли-
чий в изображении объектов местности на цветных и спектрозональных
аэрокосмических снимках значительно больше, чем различий серых
тонов, поэтому дешифровочные возможности их выше. Визуально тон
на черно - белом изображении оценивают обычно по серой шкале тонов
(рис. 5.2).
120
t 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 121314 1516171819 20
Рис. 5.2. Серая шкала тонов
Цвет на цветных снимках оценивают по специальным цветовым
шкалам, в которых основная характеристика дана по цветовому тону, а
дополнительная - по насыщенности цветов (рис. 5.3).
Однако цвета, как и тона, на аэрокосмических снимках не всегда
стабильны, они зависят от освещенности объекта, искажаются при фо-
толабораторией обработке. На тон (цвет) изображения влияет также
индикатриса рассеяния. Вследствие этого тон воды на черно-белых
снимках может изменяться от черного до белого в зависимости от глу-
бины, наличия волн на поверхности воды, отражающих прямой свет. По
этой же причине гладкая поверхность черного асфальта на снимках
имеет светлый тон, а спелые осинники - более темный, чем молодые.
Тоновые различия при изображении объектов наиболее наглядно
проявляются при многозональной черно-белой съемке на нескольких
отдельных типах фотопленок или на многослойной цветной спектро-
зональной фотопленке (рис. 5.4).
Применение цветных изображений взамен черно-белых дает новый
признак дешифрирования - цвет. В колориметрии (учение об измерении
Циста) отмечается, что разнообразные цвета можно получить, смешивая
красное, зеленое и синее излучение - три основных цвета. Эта задача
м°жет быть осуществлена двумя путями: сложением в определенной
121
пропорции трех основных цветов (аддитивный синтез) или вычитанием из
белого цвета в определенной пропорции основных цветов (субтрак-
тивный синтез). Субтрактивный синтез применяется в современных
условиях при проведении цветного фотографирования. Вычитание из
белого цвета, например с помощью светофильтра, одного из основных
цветов дает дополнительный к нему (белый - синий = желтый) - рис. 5.5.
Рис. 5.4. Зональные аэрофотоизображения одной и той же лесистой местности [19]
Рис. 5.5. Схема формирования цвета при использовании желтого светофильтра [19]
Для получения изображения в естественных цветах используют
нормально цветную фотопленку, на которую нанесены слои, светочув-
ствительные к синему, зеленому и красному цветам.
Спектрозональный метод фотографирования основан, как уже отме-
чалось ранее, на одновременной фотосъемке местности на разные типы
фотографических слоев фотопленки, различающихся по спектральному
распределению эффективной чувствительности. Соотношения оптиче-
ских плотностей одних и тех же элементов объектов для каждого из
этих слоев будут различными.
В практике лесного дешифрирования широко применяются цветные
спектрозональные фотоснимки, на которых получается изображение в
условных цветах, что позволяет выявить ряд характерных особенностей
и деталей, которые неразличимы на обычных фотоснимках (рис. 5.6).
122
Рис. 5.6. Изображение в естественных (слева) и условных (справа) цветах
(заметны поврежденные ветви в кроне дерева) [ 19]
Изобразительные возможности черно-белых панхроматических,
цветных спектрозональных и нормально цветных аэрофотоснимков од-
ной и той же территории показаны на рис.5.7. При съемке цифровыми
камерами улучшаются цветовые контрасты лесных объектов (рис. 5.8).
Форма объектов на снимках может быть точечной, линейной, пло-
щадной. Точечные объекты опознают на изображениях, но из-за малой
(в масштабе изображения) величины их нельзя измерить с помощью
приборов и аппаратуры. Линейные объекты различают по тону (цвету),
ширине, длине, извилистости. Дороги, трассы, каналы, противопожар-
ные разрывы имеют более правильную геометрическую форму, чем ес-
тественные объекты - реки, границы таксационных выделов. Площад-
ные объекты характеризуются тоном (цветом), геометрической формой
и размерами. Форма их может быть геометрически определенной (по-
стройки, мосты, вырубки) и служить в этом случае надежным дешифро-
вочным признаком или неопределенной (болота, сенокосы, прогалины,
массивы леса). В последнем случае форма часто не может быть надеж-
ным дешифровочным признаком. При стереоскопическом рассматрива-
нии различают также плоскую и объемную формы. На аэрокосмических
снимках в связи со спецификой съемки форма объекта искажается в
ГоРизонтальной и вертикальной плоскостях, особенно в краевой части
снимков.
123
Рис. 5.7. Сравнительные особенности изображения одной и той же лесной территории
на панхроматическом (а), цветном спектрозональном (б) и нормально цветном (в)
аэрофотоснимках [21]
124
Рис. 5.8. Многозональные изображения, полученные с помощью цифровой ТВ-камеры
с самолета (вертолета) [21]
Размер - признак менее определенный, чем форма. Однако при де-
шифрировании лесов по снимкам по размеру крон и высоте леса можно
Сличить спелый лес от молодняка, по размерам промежутков в пологе
насаждений определить сомкнутость и т.п. Размеры объектов могут
1Ть измерены по аэрокосмическим снимкам.
125
Размещение объектов может дать ряд важных характеристик об изу-
чаемой местности. Так, размещение в пологе насаждений крон разных
деревьев, а также промежутков в нем может свидетельствовать о харак-
тере состава насаждений (равномерный, куртинный), структуре полога
размещение не покрытых лесом и нелесных земель - о степени лесисто-
сти, вырубок - о степени интенсивности лесоэксплуатации, режиме ос-
воения лесосырьевой базы и т.д.
Тени собственные и падающие. Собственными называются тени
образовавшиеся на самих объектах от их отдельных частей и распо-
ложенные на сторонах, противоположных направлению солнечных лучей
(рис. 5.9, 5.10). Падающие тени всегда отброшены на земную поверх-
ность или на низкие предметы в сторону, противоположную Солнцу
(или другому источнику излучения). Тени облегчают выявление формы
объектов. Падающие тени наглядно передают, в частности, формы крон
деревьев. Собственные тени крон деревьев способствуют созданию впе-
чатления их выпуклости.
Рис. 5.9. Изображение тени сосны [21]
126
Рис. 5.10. Изображение падающих теней от полога насаждений (а, Ь, с - на аэрофото-
снимке - сверху). На нижнем снимке - еловое насаждение, которое на верхнем снимке
обозначено стрелкой с индексом b [19]
Падающие тени от объектов нередко существенно облегчают де-
ШиФрирование рельефа и растительности, опознавание древесных по-
Р°Д- По тени можно измерить и определить высоту объекта. Вместе с
*ем 0На маскирует (закрывает) часть территории, чем затрудняет про-
сс Дешифрирования, ухудшает стереоскопическую просматривае-
объ Ь Полога- Тени собственные (на самих объектах) подчеркивают
емнУю структуру изображенных на снимке объектов.
127
Рисунок изображения зависит от строения, конфихурации, размеров
взаимного расположения объектов, их тональных (цветовых) различий*
Он характеризуется структурой (набор форм, размеров, тонов или цве«
тов и цветовых оттенков, участвующих в формировании рисунка) и тек-
стурой (пространственное расположение структур, их взаимное сочета-
ние). Выделяют тональную (цветовую) и геометрическую (контурную)
структуры. Сочетание тонов (цветов) собственно и формирует изобра-
жение; смена их происходит за счет чередования объектов разной ярко-
сти. Геометрическая структура определяется конфигурацией, формой
границ, разделяющих элементы тональной (цветовой) структуры. Кон-
турный узор изображения образуется сочетанием линий и точек, кон-
трастирующих с общим фоном. С определенным допущением можно
сказать, что структура характеризует содержательное разнообразие
природного комплекса, а текстура - геометрическое разнообразие его
изображения. Рисунок изображений обычно сложен и включает иерар-
хию структур и текстур.
При характеристике и описании структуры изображения в основу
берут размеры и форму элементов, частоту и последовательность сме-
няемости их в пространстве, степень контрастности и др. Выделяют
такие типы структур: мелко-, средне- и крупнозернистые, пятнистые,
аморфные, неопределенные, параллельно-, радиально-, концентрически-
полосчатые, линейные, струйчатые, дендровидные и др. К числу доста-
точно распространенных типов текстур можно отнести гладкие, волни-
стые, пятнистые, с нерегулярным рисунком и др.
В качестве примера приводится характеристика девяти типов структуры изображения,
которые были выделены В.М. Жириным на космических фотоснимках высокого разреше-
ния (рис 5.11).
Аморфная (гладкая, слитная) структура - характерна для изображений озер, болот,
лугов, пашен и других открытых участков земной поверхности.
Точечная (равномерная, неравномерная) структура - присуща для изображений ре-
дин, вырубок с оставленными семенными деревьями или подростом. Размещение точек
может быть равномерным или неравномерным.
Мелкозернистая структура - образуется совокупностью зерен размером до 0,3 мм,
равномерно размещенных по полю изображения и удаленных друг от друга на расстояние,
не превышающее удвоенную величину диаметра зерен. Этот тип структуры обычно ха-
рактерен для изображений чистых сомкнутых молодняков.
Зернистая структура - совокупность зерен размером до 0,6 мм, равномерно раз-
мещенных по полю изображения и удаленных друг от друга на расстояние, не превы-
шающее удвоенную величину диаметра зерен. Этот тип структуры характерен для изо-
бражений чистых по составу или равномерно смешанных средневозрастных сомкнутых
насаждений.
Крупнозернистая структура - совокупность зерен размером до 1 мм, равномерно раз
мешенных по полю изображения и удаленных друг от друга на расстояние, не превы
128
шее удвоенную величину диаметра зерен. Этот тип структуры обычно характерен для
^зображений чистых по составу или равномерно смешанных спелых сомкнутых насажде-
ний.
ис.5.11. Основные типы структур изображения насаждений и других категорий
(2 mv лссного фонда на черно-белых космических фотоснимках высокого разрешения
б мелкопятнистая> 2, 5, 15 -зернистая; 4, 7, 14, 16 - пятнистая; 5 - аморфная;
' мелкозернисто-зернистая; 7 - крупнозернисто-пятнистая; 8 - крупнопятнистая;
12 - мелкозернистая; 13 - мелкозернисто-точечная; 17 - крупнозернистая
129
’ Равномерн0
изображений
Мелкопятнистая структура - совокупность пятен размером от I до 2 мм
размещенных по полю изображения. Этот тип структуры характерен для
спелых средних по сомкнутости насаждений.
Пятнистая структура - совокупность пятен размером от 2 до 4 мм, равномерно
мещенных по полю изображения. Этот тип структуры характерен для изображений нерав
номерно смешанных низко сомкнутых насаждений.
Крупнопятнистая структура. Образует совокупность пятен размером более 4 мм
неравномерно размещенную по полю изображения. Этот тип структуры характерен ддя
изображений куртинных низко сомкнутых насаждений.
Описательные характеристики и классификации недостаточно полно
раскрывают структуру и текстуру. Они не всегда отражают те нюансы
которые вызывают существенные различия в их внешнем облике и
внутреннем строении. Поэтому в практике словесные описания струк-
тур и текстур дополняют снимками-эталонами, которые позволяют на
основе сравнений выбрать тип структуры или текстуры, наиболее отве-
чающий рассматриваемому.
На рисунок изображения одних и тех же объектов влияют сезонный
аспект, спектральный диапазон, направление и масштаб съемки. Многие
природные объекты в разные сезонные периоды меняют свой облик,
цветовую гамму. Специфические особенности леса в зимний, весенний,
летний и осенний периоды сказываются на структуре изображения.
Характер изображения может зависить и от фона. Например, обезлист-
венный лес на фоне опавших листьев и лес на фоне выпавшего снега
имеют свои особенности. В то же время для большинства объектов ме-
стности характерно наличие относительно стабильных элементов ри-
сунка изображения, не зависящих от сезона и атмосферно-оптических
условий съемки, - это физиономические черты объекта, которые в сово-
купности с сезонными аспектами и типичными обликами определяют
физиономичность объекта.
Рисунок изображения создается комплексом всех формирующих
признаков. Он зависит от характера местности, масштаба изображения,
разрешающей способности снимков, типов фотоматериалов и условий
съемки. На сверхкрупномасштабных снимках лесов (1:2000 и крупнее)
рисунок создается кронами деревьев, их тенями (если съемка выполнена
при Солнце) и фоном. На снимках заметны даже отдельные ветви, очер-
тания крон и их морфологические особенности, по которым можно опо-
знавать древесные породы, определять степень повреждения их вреди-
телями, болезнями и неблагоприятными явлениями погоды. Какого-
либо существенного влияния на рисунок изображения ландшафтные
особенности местности, в том числе тип условий местопроизрастания,
не оказывают, поскольку даже фация (минимальная единица ПТК), каК
правило, значительно больше площади на сверхкрупномасштабном
130
е. На этих снимках изображаются и могут быть подсчитаны прак-
тически все деревья, кроны которых находятся в верхней части полога и
затенены в момент аэрофотосъемки кронами смежных деревьев. На
упномасштабных снимках (1:2000-1:10000) рисунок изображения
также создается кронами деревьев, но кроны изображаются в более ге-
нерализованном виде, рисунок в большей степени определяется струк-
турой полога. На средне- и особенно мелкомасштабных снимках изо-
бражаются не отдельные кроны деревьев, а их совокупности, группы, но
общая структура полога читается отчетливо. На космических снимках
низкого разрешения изображение массивов леса воспринимается как
единое целое, имеющее свой специфический рисунок в зависимости от
видового состава насаждений, рельефа, гидрографической сети, геоло-
гического строения территории, степени освоенности территории и пр.
На рисунок изображения наряду с ПТК существенно влияет хозяйст-
венная деятельность человека как на территории, занятой лесом, так и
на безлесных площадях. Сплошная и выборочная рубки леса, коридор-
ный метод проведения рубок ухода, гидролесомелиоративные меро-
приятия, подготовка почвы под лесные культуры и т. д. вносят специ-
фические изменения в характер облика изображения, в его рисунок.
При переходе от масштаба к масштабу претерпевают изменения все
элементы рисунка (тон, цвет, размеры и форма), вызывая тем самым
изменение всего изображения. При уменьшении масштаба изображение
обобщается. Исчезают черно-белые полутона, причем тем быстрее, чем
меньше контуры и контраст их изображения. На цветных снимках
обобщенным цветом изображаются объекты, которые включают эле-
менты разных цветовых оттенков. Это характерно, например, для мел-
комасштабных изображений массивов хвойно-лиственных лесов в пе-
риод наибольшего запестрения листьев. Если на крупномасштабных
изображениях видны кроны или группы крон деревьев разного цвета, то
на мелкомасштабных, особенно космических снимках низкого разреше-
ния, изображения имеют обобщенный вид. При этом на снимках утра-
чивают свое изображение в первую очередь мелкие объекты с менее
выраженным контрастом между объектом и фоном. При уменьшении
масштаба линейные контуры обобщаются, выпрямляются и упрощают-
ся в результате исчезновения мелких извилин. Размытые границы ста-
новятся контрастными и более узкими, приближаясь к линейным. На
мелкомасштабных снимках более контрастны границы между ланд-
шафтными единицами, а на увеличенных размытые границы менее за-
Метны, чем на контактных отпечатках.
131
Таким образом, по мере уменьшения масштаба все в большей степе
ни на рисунок изображения влияет характер структуры ПТК разных
рангов - фаций, урочищ, местностей, ландшафтов. Изображение одной
территории на аэрокосмических снимках разных масштабов может
иметь разную структуру, поэтому при изучении дешифровочных при-
знаков следует учитывать масштаб снимка. На цветных с натуральной
цветопередачей и цветных спектрозональных снимках структура и ри-
сунок изображения подчеркиваются цветовой мозаикой, выдержанной у
отдельных типов ландшафтов в определенной гамме цветов, что значи-
тельно облегчает их дешифрирование.
Поскольку спектральные характеристики природных образований в
разных зонах спектра неодинаковы, а изображение на снимке создается
различиями в яркости или цвете снимаемых объектов, рисунок изобра-
жения меняется при изменении диапазона съемки или яркости объектов.
В случае съемки на однотипную фотопленку в одной зоне спектра и
равных условиях соотношение тонов изображения на снимках относи-
тельно устойчиво, а изменение рисунка связано с характером объектов.
Косвенными дешифровочными признаками являются взаимосвязи
объектов и их характеристик в пространстве и во времени, во многих
случаях не связанные с изображением интересующих дешифровщика
характеристик, а опирающиеся на результаты логической интерпрета-
ции, основанной на знаниях о закономерностях и взаимосвязях между
объектами, их характеристиками и природной средой.
К числу важнейших косвенных признаков следует отнести взаимо-
связи между таксационными показателями древостоев и полога насаж-
дений. Например, взаимосвязи между размером кроны дерева, видимой
на снимке, и диаметром на высоте груди или возрастом дерева, которые
на снимке не отображены.
Исключительно важными, особенно при дешифрировании мелко-
масштабных космических снимков, косвенными признаками являются
ландшафтные (природные) признаки, характеризующие природную
структуру местности (рельеф, его формы, гидрография, типы почв). Для
природно-территориальных комплексов (урочищ, фаций) характерен
специфический тип рисунка, позволяющий при дешифрировании выде-
лять различные категории земель, определять их местоположение в
структуре рельефа и устанавливать характеристики лесов. Так, в горных
условиях наблюдается тесная взаимосвязь между высотой над уровнем
моря, экспозицией и крутизной склона с составом произрастающих на-
саждений и их производительностью. По составу растительности можно
132
определенной степенью достоверности судить о типах почв, условиях
СеСтопроизрастания, продуктивности насаждений.
Важными косвенными признаками являются антропогенные, соз-
анные человеком. При этом используются связи между объектами, их
положением, организацией территории, ее коммуникационным обеспе-
чением. Например, при дешифрировании на космических снимках вы-
пубок дополнительным признаком является сеть лесовозных дорог,
примыкающих к ним.
Выделяют также природно-антропогенные косвенные признаки, к
которым относят зависимость хозяйственной деятельности человека от
определенных природных условий, проявление природных свойств в
деятельности человека и другое. Например, по размещению некоторых
видов сельскохозяйственных культур можно судить о свойствах почвы,
её увлажненности. Наличие осушительных канав на территории лесного
фонда свидетельствует об изменении водного режима территории и по-
тенциальной продуктивности насаждений.
Объекты, используемые при опознавании и определении характери-
стик недешифрирующихся непосредственно объектов, называют инди-
каторами, а дешифрирование индикационным.
При дешифрировании необходимо иметь в виду, что все дешифро-
вочные признаки обычно используются совокупно, без подразделения
их на какие-либо группы. Изображение на дешифрируемой территории
обычно человеком воспринимается как единая модель местности. На
основе ее анализа создается предварительная гипотеза о сути объекта и
его свойствах и характеристиках. Правильность гипотезы подтверждают
или отвергают в процессе дешифрирования с привлечением всего ком-
плекса признаков, используя различные методы дешифрирования.
5.3. Информационные свойства снимков
Цель дешифрирования снимков - извлечение из них информации.
Различают полную, оперативную и извлеченную информацию. Полная
информация Jn - та, которую в каждом конкретном случае необходимо и
принципиально возможно извлечь при условии выбора аэрокосмиче-
ских снимков с наиболее благоприятными характеристиками и свойст-
вами- В практике приходится использовать снимки, отличающиеся от
оптимальных меньшим объемом информации. Информация, которую в
пРинципе можно получить дешифрированием данных снимков, называ-
йся оперативной JO(JO < Извлеченная информация Ju почти всегда
Меньше Jo из-за ошибок дешифрирования, несовершенства технических
сРедств и пр.
133
Одни сведения, содержащиеся в снимках, являются информацией
другие - более или менее ясно выраженной помехой («шумом»). Помехи
при дешифрировании - плотные тени, затрудняющие просматривав
мость полога, или облака, маскирующие лесную растительность. Одна'
ко одни и те же сведения могут быть и полезной информацией, и поме
хой, в зависимости от цели дешифрирования. Например, облака при
дешифрировании лесов являются «шумом», а при синоптическом де-
шифрировании - информацией. Извлеченная информация может быть
представлена в виде описаний, числовых характеристик, графиков, карт
или выражена в единицах информации - битах.
Дешифрируемость снимков D, определяющая объем информации
который может быть получен при решении конкретной задачи, характе-
ризуется отношением:
D= Jo/Jn.
Погрешность дешифрирования AJ =Jn -Jo может возникать вследст-
вие пропуска некоторых объектов из-за недостатка признаков и в ре-
зультате ложного опознавания (дезинформации) из-за совпадения при-
знаков. Если при дешифрировании не было ошибок и пропусков, то D =
В практике дешифрируемость оценивают как отношение объема по-
лучаемых из снимков данных к общему объему требуемых данных. Так,
например, можно условно принять, что при устройстве лесов по III раз-
ряду около 50 % необходимой информации о лесном фонде можно по-
лучить по аэрофотоснимкам и 50% другими методами; дешифрируе-
мость снимков в этом случае 50 %. Суммарная оценка складывается из
дешифрируемости отдельных объектов, прямо связана с вероятностью
их появления на снимках и выражается через эту вероятность р(х). Объ-
ем информации, которую несет сообщение, определяется через logp(*)-
Если дешифрирование проведено безошибочно, вероятность распозна-
вания объекта равна вероятности его появления. При сравнении дешиф-
рируемости снимков разных видов и масштабов определяют их относи-
тельную дешифрируемость: DomH =D/Di=Jo /Jo'. Снимки сравнивают
между собой или относительно какого-либо съемочного материала,
принятого за эталон.
Результаты дешифрирования зависят от информационной емкости
съемочных материалов, которая находится в прямой зависимости от
разрешающей способности и контрастности. Информация передастся
скоплением отдельно различимых точек - ее носителей. Объем инфор
мации зависит от размера точек (зерен эмульсии), слагающих фотогра
фию, и числа различимых тонов (цветов) и на снимке может быть опре
134
п0 формуле TV = тп, где п — число дискретных элементов (точек)
Д снимке; т - число тонов, которые может принимать каждый из дис-
кретных элементов.
Г Обычно информационную емкость в теории информации выражают
з логарифм числа состояний. Если выбраны двоичные логарифмы,
количество информации будет выражено в двоичных единицах, или
J = logrN = л log^m.
Число дискретных элементов изображения (элементарных частиц),
содержащихся на снимке, можно подсчитать по формуле
я -- S(2RJ ,
где 5 - площадь снимка, мм2; Rc - его разрешающая способность.
Если каждый элемент может принимать только один из двух тонов,
например, черный или белый, последняя формула сразу дает ответ о
количестве информации, содержащейся в снимке, так как log2 2=1.
В табл. 5.2 приведены емкость аэроснимков, имеющих различную
разрешающую способность и число различимых тонов, а также количе-
ство информации, которое может получить наблюдатель, рассматри-
вающий снимки невооруженным глазом.
Таблица 5.2
Объем информации (биты) аэроснимка размером 18x18 см
Разрешающая способность, лин/мм Число тонов
2 10
5 (для невооруженного глаза) 3x10‘ 10x10”
11 16x10е 50x10”
18 42x10” 133x10”
Данные таблицы показывают, что информационная емкость снимков
увеличивается в большей степени с повышением разрешающей способ-
ности и значительно медленнее возрастает с увеличением числа разли-
чимых тонов. Однако смысловое значение информации значительно
больше зависит от степени возрастания ее объема с увеличением числа
т°нов. Это объясняется тем, что число изображенных на снимке объек-
Тов> а следовательно, и объем информации находятся в прямой зависи-
м°сти от числа ступеней тональности. Возрастание же числа дискрет-
НЬ1Х элементов одного тона не увеличивает объем смысловой информа-
Чии* Так, большое число дискретных точек одного тона при изображе-
”Ии снежного покрова или другого однообразного ландшафта дает ни-
т°жную информац ию.
135
Информация, подсчитанная по формуле J = 1о& W = п 1о& /и, соответствует случат
когда все комбинации точек и тонов считаются равновероятными. Поэтому при оцеп ’
информации необходимо учитывать зависящую от характера ландшафта фактическу
неравномерность распределения комбинации точек. Распределение этих точек зависит
набора вероятностей Р(2), Р(3),..., • ••» Л«). Каждую комбинацию можно рассматри-
вать как сообщение, при этом среднюю информацию, приходящуюся на одно сообщение'
определяют по формуле Шеннона:
Н=-'Ёр.'°8Рг
Величина Н - энтропия, количественно выражающая неопределенность дешифриро-
вания объекта. Само дешифрирование можно рассматривать как информационный про-
цесс, в результате которого извлекают информацию и тем самым снимают некоторую
неопределенность. Объем извлекаемой информации по наблюдению признака у объекта х
оценивают по величине уменьшения полной неопределенности Н. Если Ну(х} - неопреде-
ленность того, что по признаку (у) был опознан объект (х), то объем извлекаемой инфор-
мации J = Нм - Ну(х). Величина НуМ называется условной энтропией, а Н(х) - полной энтро-
пией. Как видно из формулы, максимально возможное извлечение информации равно по
абсолютной величине полной неопределенности Я, но фактически из-за наличия помех
Ну(х£ 0 и J<H(xk Для Н вероятность рм можно заменить относительной частотой, тогда
получаем:
где w, - относительная частота участия i -го элемента в формировании структуры.
Из последней формулы видно, что при участии в формировании структуры изображе-
ния только одного элемента (структура однородная нерасчлененная) энтропия равна ну-
лю, так как при п = I п log п = 0. Во всех остальных случаях величина энтропии зависит
от числа типов элементов, принимающих участие в формировании структуры изображе-
ния, и от их встречаемости. Она достигает максимума при равной встречаемости всех
типов элементов. При этом для структуры, состоящей из двух типов элементов, она равна
0,69, из трех- 1,1, шести- 1,79 и т. д. В случае преобладания какого-либо одного или не-
скольких элементов структуры величина энтропии уменьшается.
При определении величины энтропии по формулам учитывается только число типов
элементов структуры изображения, а не их площадь. Поэтому структуры, существенно
отличающиеся по облику, могут характеризоваться одинаковыми значениями энтропии.
Для устранения этого под относительной частотой п, можно понимать отношение площа-
ди данного элемента S, к площади всего участка S, / S. В данном случае энтропия будет
максимальной log N при равных площадях, занятых отдельными элементами. Второй
вариант вычисления энтропии тоже не лишен недостатка, так как учитывает площади,
занятые отдельными типами элементов структур, и их соотношения, но не учитывает
числа элементов. В связи с этим наиболее целесообразно при характеристике структур
использовать оба значения энтропии. В этом случае можно получить более полное пред-
ставление о сложности структуры изображения.
Приведенные выше формулы обеспечивают количественную оценку информативно-
сти съемочных материалов, в частности полученных в разных зонах спектра, и позволяют
выбрать из них те, которые несут достаточный объем информации. Следует иметь в виду» 4110
при переходе от черно-белых к цветным и цветным спектрозональным снимкам возрастают
объем информации о лесном фонде и полнота ее извлечения из снимков и одновременно сни-
жается уровень дезинформации, так как повышается информативность признаков.
136
5.4. Фотометрический анализ изображений
Изображение местности, полученное с помощью фотографических и
других систем - это сочетание разных плотностей, расположение кото-
рых соответствует структуре изображенных объектов, поэтому плотно-
сти, соответствующие объекту или его частям, можно измерить и выра-
зить количественно. Наиболее простой способ измерения плотностей
изображения негатива или позитива - визуальная оценка. Визуально
относительно надежно (точность ±10 %) оценивают семь тонов черно-
белой эталонной шкалы. Инструментально с помощью микрофотомет-
рических приборов выделяют до 256 градаций плотности с точностью
±0,01 %. Детальность зрения при абсолютном контрасте 0,1 мм, при
умеренном 0,4 мм. Инструментально могут быть измерены детали до
0,01 мм и даже меньше. При этом инструментальное дешифрирование
объективно и не зависит от индивидуальных качеств дешифровщика.
Фотометрирование может быть точечным или линейным. В первом
случае, когда используют фотометры или денситометры, измеряют
плотности на негативе или позитиве, соответствующие определенным
объектам (например, кронам ели, сосны, березы) и промежуткам между
ними. Размер измеряемой площадки зависит от размеров щели прибора,
обычно она равна 0,1-2 мм. Выполнив серию измерений однотипных
объектов, вычисляют среднюю оптическую плотность:
О=£о,/л.
/*=1
где Di - оптическая плотность площадки z; п - число измеренных
площадок.
Плотность изображения зависит от многих изменчивых факторов,
поэтому прямая связь тона изображения с характеристикой объекта не-
надежна. Более постоянно соотношение тонов на черно-белых снимках,
полученных в одной зоне спектра. Важные статистические показатели,
которые могут быть использованы при классификации объектов по их
оптической плотности, - их дисперсия и среднеквадратическое от-
клонение oD, определяющиеся по формулам:
CTL = Z(c--o)/»; %=Jx(c.-o)
/=1 ! /=1
Если среднее значение оптической плотности характеризует тон
изображения, то дисперсия служит мерой разброса оптических плотно-
стей вокруг среднего значения и характеризует контраст изображения
По величине средних оптических плотностей или их отношениям и
дисперсиям можно расклассифицировать объекты по однородным клас-
сам, например, определить представленность в пологе насаждения крон
некоторых древесных пород. Достоверность результатов повышается
при сравнении оптических плотностей не в одной, а в нескольких зонах
спектра по снимкам, полученным при многозональной съемке.
Линейное микрофотометрирование выполняют с помощью микро-
денситометров или микрофотометров с узкой щелью (0,1- 0,01 мм). В
этом случае непрерывно измеряют оптические плотности по линии ска-
нирования (профилю), в результате чего получают для каждой точки
профиля значения оптических плотностей или график - регистрограмму
(рис. 5.12), которая воспроизводит фотометрические и геометрические
свойства изображения вдоль профиля. Абсцисса х,- характеризует гео-
метрические, а ордината yt - оптические свойства изображения. Регист-
рограмма дает распределение плотности по полю изображения. Сама
она не может быть прямо использована как некоторый признак объекта,
так как носит случайный характер. Для выявления связи микротоновой
структуры с характером объекта ее подвергают статистической обра-
ботке.
у
^maxi' D-0
Рис. 5.12. Элементы регистрограммы
Регистрограмма характеризуется следующими показателями: длиной
Я/ и амплитудой Ah фотометрической волны, деталью оптической плот-
ности AD,. Длину волны определяют по разности абсцисс соседних то-
чек с максимальными (минимальными) значениями ординат регистро-
граммы: Я/ = / - х,. Отношение ближайших максимальной и мини-
мальной ординат регистрограммы: А, = yt тах /у, min. Деталь оптической
138
тности вычисляют по разности ординат точек с максимальными и
Хнимальными значениями:
ADi ~~ Уг max ~ У1 min*
Для анализа объектов по регистрограмме используют суммарные
статистические характеристики ее элементов по данным многократных
измерений. Это средние длина волны 2 , амплитуда волн А и деталь
оптической плотности AD, их дисперсии или среднеквадратические
отклонения. Их определяют по следующим формулам (и-число измере-
ний):
Л=ЕЯ//«; ал = £(Л-^/«; <7A = JfU-l)2/W;
/=1 /=1 V j=I
п 2 | 2
Л = Хл-/и; а2А =ZU"^) 7сгл=1 x(a,-Ad)/п;
/=1 «=1 Ь=1
ДО = £Д £),/«; = £(ДО, - до)2 /«; сг^ = |£(ДО,- - до)2 /п
/=1 z=i V /=1
Анализ регистрограммы крупномасштабного изображения полога
насаждения позволяет определить ряд характеристик: ширину крон,
среднюю величину их освещенной части, общее число проекций крон,
сомкнутость полога, расстояние между деревьями, просвет между кро-
нами в пологе. При этом среднюю величину оптической плотности при-
нимают в качестве среднего уровня регистрограммы, исходя из предпо-
ложения, что ее элементы, лежащие выше D, соответствуют освещен-
ным частям крон.
Мера связи между оптическими плотностями, отстоящими одна от
другой на некоторый интервал, от которой зависят оптические и гео-
метрические свойства изображения, называется автокорреляционной
Функцией (АКФ). АКФ регистрограммы определяют по формуле:
, 772
Яг=- [D -D dx-
* -Т/2
Она показывает, как скоро убывает связь между значениями оптиче-
ской плотности (рис. 5.13).
139
Рис. 5.13. Автокорреляционная функция изображения
АКФ позволяет судить о контрасте изображения по значению функ-
ции при т = 0. Значение ординаты в точке т = 0 есть не что иное, как
дисперсия оптической плотности фотоизображения. Расстояние т/ равно
средней величине деталей, создающих основной контраст (среднее рас-
стояние между деталями изображения с большими и малыми плотно-
стями). Участок АКФ т/ характеризует изменение связи между оптиче-
скими плотностями изображения. Наклон правой RT при 0< т < т/ характе-
ризует изменение связи между оптическими плотностями деталей по мере
их увеличения. На участке т > т/ кривая RT выделяет периодическую со-
ставляющую распределения оптической плотности изображения, выра-
жая периодичность в элементах изображения, и позволяет определить
расстояние между элементами, расположенными по периодическому за-
кону. Ордината RT равна квадрату средней плотности изображения.
5.5. Преобразование информации
С помощью дистанционных средств съемочная информация может
быть получена в виде фотографического изображения (негативов), ана-
логовых сигналов, записанных на магнитном носителе или преобразо-
ванных в цифровую форму и записанных на магнитном носителе.
Обычно съемочная информация предварительно проходит стадию обра-
ботки и преобразования с целью подготовки ее к визуальному или ма-
шинному дешифрированию. Выделяют три вида обработки и преобра-
зования информации: фотографическую обработку; преобразование
140
исанных на магнитную ленту сигналов из аналоговой в цифровую
У и получение записи, пригодной для обработки на ЭВМ; цифро-
вое представление изображений и, наоборот, воспроизведение изобра-
жений, записанных в цифровой форме на магнитном носителе. Вопросы
Фотографической обработки рассмотрены в главе 3. Здесь в дополнение
следует отметить, что в процессе фотолабораторной обработки изобра-
жение целенаправленно может быть изменено за счет подбора фотома-
териалов и режимов обработки. Например, применение электронно-
копировальных приборов со сканирующим пятном, работающих по
принципу автоматического сканирования и позволяющих использовать
прямолинейный участок характеристической кривой позитивных фото-
материалов, обеспечивает наилучшую передачу малых контрастов нега-
тива. На отпечатке, сделанном на электронно-копировальном приборе,
различают в 2-3 раза больше деталей, чем на обычном. Подбирая те или
иные варианты сочетания изображений, полученных при многозональ-
ной фотосъемке, и применяя разные фильтры и режимы освещенности,
можно получать синтезированные изображения в условных цветах с
более четким выделением цветом интересующих объектов или их ха-
рактеристик (например, насаждений с преобладанием какой-либо дре-
весной породы, вырубок, возобновившихся хвойными породами, и пр.).
Улучшить изображение можно и с помощью их преобразований в
процессе межотраслевой и тематической компьютерной обработки. Эти
вопросы рассматриваются в главе 10.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Понятие о ландшафтах и их структуре.
2. Прямые и косвенные дешифровочные признаки аэро- и космических
снимков различного пространственного разрешения.
3. Информативные свойства аэро-и космических снимков.
4. Сущность фотометрического анализа изображений.
141
ГЛАВА 6. ДЕШИФРИРОВАНИЕ АЭРО - И КОСМИЧЕСКИХ
СНИМКОВ
6.1. Объекты и методы лесного дешифрирования
Объектами лесного дешифрирования по материалам аэро- или кос-
мических съемок являются: а) лесной фонд и составляющие его или
находящиеся на его территории объекты, а также происходящие в нем
различные события и явления; б) количественные и качественные ха-
рактеристики этих объектов, явлений и событий. Объектами дешифри-
рования могут быть: участок лесного фонда (лесной массив), таксаци-
онный выдел, представленный насаждением, различными категориями
не покрытых лесом и нелесных земель (вырубки, гари, погибшие насажде-
ния, прогалины, болота, сенокосы, пашни, дороги, трассы, гидрография и
пр.), группа деревьев, дерево или его часть, различные строения и сооруже-
ния, очаги горения в лесу, пожарища, разливы нефтепродуктов, горные
разработки и т. д., а также таксационные показатели и другие количествен-
ные и качественные характеристики дешифрируемых объектов.
Дешифрирование может быть визуальным (глазомерным, аналитиче-
ским), измерительным, автоматическим (машинным), а также произ-
водным от них: аналитико-измерительным и автоматизированным
(интерактивным).
Визуальное дешифрирование основано на глазомерном анализе изо-
бражения изучаемого объекта на аэро- или космическом снимке(на бу-
мажном носителе или экране дисплея) не вооруженным глазом или с
помощью увеличительных или стереоскопических приборов, информа-
ция с аэро- или космического изображения считывается зрительным
аппаратом дешифровщика и анализируется его логическим аппаратом.
Поэтому его часто называют аналитическим.
Измерительное дешифрирование предусматривает измерение на
снимках ряда параметров и характеристик дешифрируемых объектов с
помощью механических, оптико-механических, оптико-электронных и
других измерительных инструментов, приборов, устройств и систем.
Аналитико-измерительное дешифрирование сочетает визуально-
логический анализ изображения с измерением различных параметров
дешифрируемых объектов.
Автоматическое дешифрирование основывается на использовании
электронно-вычислительных машин и соответствующих программных
продуктов для распознавания по спектральным (структурным, текстур
ным) характеристикам дешифрируемых объектов и их количественных
и качественных показателей. При нем процесс дешифрирования выпол
142
я интерпретационной системой (машиной). Человек создает сис-
тему определяет конкретную задачу и соответствующее программное
обеспечение обработки съемочной информации и организует и обеспе-
чивает нормальное функционирование системы.
Автоматизированное (интерактивное, человеко-машинное) дешиф-
рование сочетает в себе элементы аналитико-измерительного дешиф-
рирования, выполняемого дешифровщиком (оператором) по изображе-
нию на экране дисплея ЭВМ с автоматическим дешифрированием. Та-
ким образом, при нем анализируется и обрабатывается съемочная ин-
формация специализированными или универсальными интерпретаци-
онными комплексами при активном параллельном участии оператора-
дешифровщика.
Визуальные и машинные методы имеют свою специфическую мето-
дическую основу. При визуальном дешифрировании использование де-
шифровочных признаков носит качественный, эвристический характер,
а результаты, соответственно, имеют субъективный характер. При ма-
шинном дешифрировании дешифровочные признаки в большинстве
случаев преобразуются в цифровую форму (формализуются), а решения
принимаются по количественным критериям. Но это не значит, что дос-
товерность визуального дешифрирования всегда ниже, чем машинного.
В целом ряде случаев возможности визуального или визуально-
инструментального дешифрирования несравнимо больше, чем машин-
ного. Человек может, располагая ограниченной информацией, исполь-
зуя свой логический аппарат и накопленные знания и опыт, преобразо-
вывать дешифровочные признаки применительно к конкретным усло-
виям, экстраполировать их, привлекать косвенные признаки, исключать
некоторые «шумы» и пр. Поэтому, например, при лесотаксационном
дешифрировании крупно- и среднемасштабных снимков применяют
преимущественно визуальное (аналитико-измерительное) дешифриро-
вание.
В зависимости от места проведения дешифрирования оно может
быть камеральным (лабораторным), полевым, выполняемым непосред-
ственно на местности (в лесу - в «поле»), аэровизуальным и комбиниро-
ванным.
Полевое дешифрирование производят непосредственно на местности
пУтем сопоставления аэро- или космоснимка с натурой. Метод полевого
Дешифрирования является наиболее простым и объективным (точным),
требует больших затрат времени и труда. Оно широко применяется
Р выполнении натурных (полевых) съемочно-геодезических и лесо-
аксаЦионных работ, а также при проведении различных видов обследо-
143
ваний. Полевое дешифрирование бывает, как правило, визуальным
При нем могут применяться простейшие приборы (лупы, портативные
стереоскопы и др.) для анализа изображения.
Камеральное дешифрирование проводят в лабораторных условиях
Преимущество этого метода заключается в сокращении объемов работ
инженерно-технического и рабочего персонала, выполняемых в лесу в
дискомфортных условиях, ускорении работ и значительном снижении
их стоимости. Камеральное дешифрирование аэро- (космических) изо-
бражений проводят в лабораторных условиях, обеспечивающих более
тщательный и детальный анализ их и позволяющих применять более
сложные инструменты и стационарные приборы, в том числе современ-
ную оптико-электронную технику. Камеральное дешифрирование все-
гда выполняют с привлечением дополнительных картографических
литературно-справочных и других материалов. Во многих случаях оно
не может обеспечить получение полной и достаточно точной информа-
ции о всех дешифрируемых объектах, поэтому применяется в сочета-
нии с определенным объемом полевых работ. Полнота и достоверность
камерального дешифрирования зависят от характера и особенностей
дешифрируемых объектов, изученности дешифровочных признаков и
существующих взаимосвязей между ними и характеристиками дешиф-
рируемых объектов, качества используемых материалов аэро- (космиче-
ских) съемок (масштаб, пространственное и спектральное разрешение,
природно-оптические условия съемки и т.п.).
Аэровизуальное дешифрирование производят путем сопоставления
изображений распознаваемых объектов на аэро- или космических сним-
ках с местностью при полетах на самолетах или вертолетах, как прави-
ло, легкомоторных. Основным достоинством аэровизуального дешиф-
рирования является его быстрота, основным недостатком - крайне ог-
раниченное время для опознавания объекта на местности и его характе-
ристик из-за большой скорости полета.
Поскольку ни один из рассмотренных выше методов дешифрирова-
ния лесов не может полностью удовлетворить практику (полевой - из-за
высокой трудоемкости, камеральный и аэровизуальный - из-за недоста-
точной точности), применяют обычно сочетание методов: полевого и
камерального, или полевого, камерального и аэровизуального, называе-
мых комбинированными методами. При этом стремятся до минимума
сократить наиболее дорогие и трудоемкие полевые работы. В принци-
пе, должна решаться оптимизационная задача - минимум затрат, макси-
мум необходимой качественной информации.
144
6.2. Исходные положения лесного дешифрирования
для успешного дешифрирования лесов по аэрокосмическим сним-
кам дешифровщик должен иметь хорошую профессиональную подго-
товку в области лесоводственных наук, особенно лесоводства и лесной
таксации, обладать комплексом знаний по аэро- и космической съемке,
Фотограмметрии, дешифрированию, компьютерной технике.
Количественные и качественные характеристики объектов, изобра-
женных на снимках, устанавливаются их дешифрированием (распозна-
ванием, интерпретацией) на основе анализа присущих им дешифровоч-
ных (прямых или косвенных) признаков, а также по существующим
(которые нужно знать!) взаимосвязям и взаимозависимостям между де-
шифровочными признаками и показателями (характеристиками), кото-
рые необходимо определить при дешифрировании. Для этого нужно
знать дешифрируемые объекты, взаимосвязи лесных объектов с элемен-
тами ландшафта, закономерности строения древостоев и их полога,
умело использовать зависимости между таксационными и дешифровоч-
ными показателями, а также спектральные, структурные и текстурные
особенности изображений тех или иных объектов на съемочных мате-
риалах, полученных в различных природно-оптических условиях с при-
менением различной съемочной аппаратуры с разных ее носителей. Де-
шифровщик должен уметь также работать с комплексом соответствую-
щих технических и программных средств, позволяющих анализировать
аэрокосмические изображения с помощью средств космической техники
с использованием ГИС-технологий.
6.3. Последовательность дешифрирования аэрокосмических
снимков
Процесс дешифрирования снимков включает в себя ряд этапов: при-
вязка снимков, обнаружение и опознавание объектов, их интерпретация
и экстраполяция.
Привязка снимков - первый этап работ. Заключается в определении
пространственного (географического) положения территории, изобра-
женной на снимке. Она осуществляется при помощи географических,
топографических или тематических лесных карт масштаба, соответст-
вУющего масштабу снимка или мельче его. Ориентирами для привязки
слУжат гидрографическая сеть (реки, озера, береговая линия водоемов),
л°роги, трассы, населенные пункты и пр. отображенные на снимке и
Ртах объекты. В зависимости от масштаба снимка (разрешающей спо-
ности) набор ориентиров может быть различным. На космических
Мках высокого разрешения (1-10 м) набор ориентиров в значитель-
145
ной степени приближается к набору ориентиров, используемых
привязке средне- и мелкомасштабных аэрофотоснимков. Если органу
зация, обеспечивающая прием информации из космоса и последующе
ее распространение, предоставляет вместе со снимками (в цифровс/
виде или на бумажных носителях) их географические координаты или
схемы (картограммы) пространственного расположения снимков, То
данный этап работ значительно упрощается или исключается совсем*
Обнаружение объектов - выделение различных рисунков изображе-
ния, характерно преимущественно для снимков низкого пространствен-
ного разрешения и сопровождается, как правило, опознаванием (иден-
тификацией) дешифрируемых объектов или их групп. При самостоя-
тельной привязке изображений этот этап сливается с предыдущим.
Опознавание объектов - или их идентификация включает анализ все-
го комплекса прямых признаков дешифрирования: тона (цвета), формы
рисунка (структуры, текстуры), размеров изображения и элементов ри-
сунка, определяющих физиономичность изображенных объектов, а так-
же косвенных признаков, указывающих на сопряженность распознавае-
мых объектов с другими объектами или природными и антропогенными
особенностями. Использование для опознавания нескольких независи-
мых признаков: тона (цвета), формы, размеров элементов рисунка, их
сочетания и сопряженности с другими признаками значительно повы-
шает достоверность опознавания.
Интерпретация - заключается в распознавании и выделении опо-
знанных дешифрируемых объектов и определении их характеристик по
прямым и косвенным признакам по определенному принципу в зависи-
мости от тематической направленности дешифрирования. Так, напри-
мер, при ландшафтном дешифрировании интерпретируются физионо-
мичные компоненты природно-территориальных комплексов (ландшаф-
ты, местности, урочища, фации), а опознанные антропогенно-
хозяйственные объекты выполняют вспомогательную роль. Наоборот,
при картографировании использования земель внимание обращается на
хозяйственные объекты - поля, дороги, населенные пункты, промыш-
ленные комплексы и т.п. При картографировании и инвентаризации
лесов распознаются и картографируются категории земель лесного
фонда, а покрытые лесом площади подразделяются на страты (таксаци-
онные выделы) в соответствии с принятой классификацией (преобла-
дающие породы или их группы, группы возраста, полноты, условий ме-
стопроизрастания и др.).
Экстраполяция - включает идентификацию аналогичных объектов по
всей территории, изображенной на снимке или нескольких снимках на
146
зучаемый район, полученных в одних и тех же атмосферно-оптических
условиях.
6.4. Стереоскопический эффект
Зрительный аппарат человека. Информация об окружающей об-
становке и при визуальном дешифрировании снимков извлекается чело-
веком благодаря его зрению. Глаз, с геометрической точки зрения, явля-
ется аналогом съемочной камеры с дискретной матричной регистраци-
ей яркостей (цифровая ПЗС-камера). Он состоит из сосудистой и сетча-
той оболочки, внутри которой находится стекловидное прозрачное тело
(рис. 6.1). Передняя часть оболочки - роговица, за ней - радужная обо-
лочка, в середине которой отверстие, называемое зрачком. Непосредст-
венно за зрачком расположен хрусталик, выполняющий функцию объ-
ектива. Внутренняя поверхность оболочки состоит из светочувстви-
тельных клеток, связанных с разветвлениями зрительного нерва. Сет-
чатка выполняет функции поля электронных рецепторов. Чувствитель-
ные элементы сетчатки реагируют на световые излучения в спектраль-
ном диапазоне от 360...400 до 700...760 нм.
Рис. 6.1. Глаз и его устройство: 1-роговица: 2 - хрусталик: 3 - зрачок: 4- радужная
оболочка: 5 - стекловидное тело: 6-центральная ямка: 7-светочувствительная
сетчатая оболочка
Оптическая система глаза проецирует изображение на сетчатку, ко-
T0P^ содержит светочувствительные элементы - колбочки и палочки
Размером 0,004 мм. Общее число колбочек составляет 7x106 и палочек -
их 10 Колбочки - аппарат дневного зрения, палочки - сумеречного
зрения. Угол поля зрения глаза в вертикальной плоскости равен при-
Рно 100°, в горизонтальной - около 120°. Наиболее чувствительная к
часть сетчатки называется желтым пятном. Самая чувствительная
ь желтого пятна - центральная ямка, в которой плотность зритель-
147
ных элементов - колбочек достигает 1,8x105 штук на 1 мм2. Идущие
каждому глазу нервные волокна собраны в три главных пучка. Каждый
из них идет к разным частям сетчатки. В месте, где зрительный нерв
входит в глаз, на поверхности глазного дна нет светочувствительных
элементов. Это слепое пятно. Луч, который соединяет рассматривае-
мую глазом точку с центральной ямкой (местом наилучшего видения)
называется визирной линией. Рассматривая предметы, глаза поворачи-
ваются так, чтобы точка, на которой сосредоточен взгляд, изображалась
в центральной ямке желтого пятна.
Для получения отчетливого зрительного восприятия рассматривае-
мого предмета глаз фокусируется (наводится на резкость) за счет изме-
нения кривизны поверхности хрусталика и его фокусного расстояния.
Эта способность глаза называется аккомодацией.
Наилучшее расстояние от рассматриваемого предмета для нормаль-
ного зрения равно примерно 25 см. При меньшем расстоянии аккомода-
ция возможна лишь при напряжении и зрительное восприятие ухудша-
ется, при большем расстоянии хуже различаются детали. Глубина рез-
кости восприятия при аккомодации глаза на бесконечность такова, что
он одновременно видит ясно все предметы, удаленные от него более
чем на 14 м. С возрастом человека способность глаза к аккомодации
ослабевает. При этом расстояние наилучшего зрения увеличивается и
наступает дальнозоркость.
Величина различимых глазом деталей, или острота зрения, зависит
от размера воспринимаемых элементов. Она характеризуется мини-
мальным промежутком между объектами, который глаз в состоянии
видеть. Величина ее обратно пропорциональна физиологическому пре-
дельному углу, соответствующему пределу различения деталей. Разре-
шающая способность нормального глаза при нормальных условиях рас-
сматривания составляет в угловых единицах 50-60", в линейных - около
0,05-0,08 мм.
Оптической системе глаз присущи недостатки: аберрация, астигма-
тизм и др. Если они сильно выражены, то могут стать препятствием для
работы со снимками. Дальнозоркость и близорукость, если они полно-
стью корректируются очками, существенно не препятствуют работе со
снимками.
Бинокулярное и стереоскопическое зрение. Человек может рас-
сматривать объекты местности и снимки непосредственно невооружен-
ными глазами или с помощью оптических устройств. Зрение может
быть монокулярное - одним глазом и бинокулярное - двумя глазами. Част-
ным случаем бинокулярного зрения является стереоскопическое, при кото-
148
наблюдатель воспринимает пространственно (трехмерно) располо-
жение разноудаленных объектов и их формы.
При рассмотрении предмета одновременно правым и левым глазом
глаза поворачиваются так, что их визирные линии пересекутся на пред-
мете наблюдения. Наблюдатель как бы засекает наблюдаемые точки
зрительными лучами с двух центров, расположенных на некотором рас-
стоянии друг от друга, называемом базисом. Глазной базис (расстояние
между центрами зрачков глаз) у людей колеблются в пределах от 52 до
74 мм, в среднем 65 мм.
Свойство глаз, позволяющее им поворачиваться по отношению к
объекту наблюдения, называется конвергенцией, а угол пересечения ви-
зирных осей - углом конвергенции. Угол конвергенции тем больше, чем
ближе наблюдаемая точка. Таким образом, угол конвергенции опреде-
ляет расстояние от глазного базиса до наблюдаемого предмета.
При фиксации внимания на какой-либо точке глаза одновременно
видят и ряд других точек, изображения которых на сетчатке сдвинуты
относительно центральных ямок. Так, если две точки А и D расположе-
ны на разном расстоянии от наблюдателя, то их изображения сдвинутся
на различную величину (рис.6.2,а). Это и создает впечатление глубины
пространства
Разность смещений двух точек в глазу aIdI - a2d2 = 8 называется би-
нокулярным физиологическим параллаксом. Для всех точек, которые не
смещены по глубине, физиологический параллакс <5 = 0. Чем больше
глубинное отстояние точек, тем больше параллакс. При параллаксе бо-
лее 0,4 мм наблюдаемые точки начинают двоиться.
Из вышесказанного очевидно, что величина физиологического па-
раллакса точек связана с разностью углов конвергенции, под которыми
они видны. Для малых углов конвергенции можно приближенно счи-
тать, что расстояние L от глазного базиса до точки наблюдения А равно
отношению глазного базиса br к углу конвергенции у
L =Ьг/у.
Предельно малое изменение угла конвергенции, которое восприни-
Мается наблюдателем, называется остротой стереоскопического зре-
ния- Таким образом, острота стереоскопического зрения есть разность
параллактических углов двух точек уА - yD =Ау, при которой данные
точки воспринимаются разноудаленными (см. рис. 6.2, а). Она опреде-
ляется значением порядка 30". АН можно определить по формуле
ЛИ^Н2Ау/Ьг.
149
Рис. 6.2. Принцип стереоскопического зрения (а) и схема получения стереоскопического
эффекта (б): бг - глазной базис; А - точка фиксации бинокулярного взора; S/ А
и S2A - лучи; Уа = S/AS?; НЛ - отстояние точки фиксации от глазного базиса;
D - точка, отстоящая от точки А по глубине на некоторое значение АН
Минимальное отстояние между точками, которое соответствует ост-
роте стереоскопического зрения, зависит от дальности наблюдения.
Предел стереоскопического восприятия глубины Lo можно определить,
по приведенной выше формуле, допустив, что угол конвергенции у Ра'
вен остроте стереоскопического зрения Ду\
Ьо=(ЬГ/Ду)р,
где р - величина радиана в градусах.
При Ду = 30", Ьг - 65 мм получим, что £0~ 450 м. Этим расстоянием
ограничивается радиус стереоскопического зрения невооруженными
глазами. При применении для наблюдений (или съемок) оптических
приборов с большим базисом радиус стереоскопического зрения и ост-
роту стереоскопического зрения можно увеличить. Радиус стереоскопи-
ческого зрения при этом увеличивается пропорционально отношению *
150
(прибора) к Ьг (глаза). Данное отношение называют удельной пласти-
кОй прибора.
Острота стереоскопического зрения зависит от индивидуальных
свойств и состояния наблюдателя и внешних условий наблюдения и
снижается при недостатке и избытке освещения, при малом контрасте
между объектом наблюдения и фоном. Существенное влияние на остро-
ту стереоскопического зрения оказывают форма наблюдаемых объек-
тов соотношение их вертикальных и горизонтальных размеров и др.
Порог глубины стереоскопического зрения связан также с длительно-
стью наблюдения. Максимальный стереоэффект наступает обычно че-
рез некоторое время после начала наблюдений.
Стереоскопическая съемка и стереоэффект. Объемное простран-
ственное представление о предметах можно получить, если рассматри-
вать не сами предметы, а два их изображения, снятые из двух точек,
расстояние между которыми представляет базис съемки. Так, если точ-
ки пространства А и D регистрируются двумя камерами с фокусным
расстоянием fk, расположенными на концах базиса съемки В = Ьг (см.
рис. 6.2, б), то в плоскости негативов Р^ и Р^ эти точки А и D изобра-
зятся соответственно точками Я/ и а2, dt и d2. Направление проекти-
рующих лучей, а следовательно, и значения углов уА и yD останутся
теми же, что и при наблюдении этих точек человеком.
Если точки А и D заменить парой позитивных изображений Р} и Р2
так, чтобы левый глаз наблюдателя видел только левый снимок, а пра-
вый глаз - правый снимок, на сетчатке глаз возникнет ситуация, сущест-
вовавшая при непосредственном наблюдении этих точек. Наблюдатель
воспринимает в этом случае пару плоских изображений пространствен-
но. Такое восприятие называют прямым стереоэффектом, а мнимое
пространственное изображение снятого объекта, воспринимаемое на-
блюдателем, - стереоскопической моделью (стереомоделъю), которая
будет наблюдаться только в пределах перекрытия снимков.
Два смежных частично перекрывающихся снимка, полученных с
концов некоторого базиса, называют стереопарой. Отсюда требование
обеспечения 60 % продольного перекрытия снимков при съемке рав-
нинной местности. При меньшем перекрытии могут образоваться раз-
рывы между стереомоделями и усложнится процесс получения инфор-
Мации со снимков о трехмерных объектах. Увеличение перекрытий
Уменьшает углы засечек наблюдаемых точек, что ведет к снижению
точности в определении их отстояний (превышений).
в зависимости от расположения стереопары снимков стереоэффект
Жет быть прямым, обратным и нулевым. При прямом стереоэффекте
151
перекрывающиеся части снимков обращены друг к другу и наблюдатель
видит реальное изображение местности (горы кажутся горами, долины -
понижениями). В практике дешифрирования используют, как правило
прямой стереоэффект (рис. 6.3, а).
Рис. 6.3. Ориентирование снимков под стереоскопом: а - прямой стереоэффект;
б - обратный стереоэффект
Если снимки при рассматривании поменять местами, наблюдатель
увидит стереомодель с обратным стереоэффектом - удаленные элемен-
ты изображения будут восприниматься близкими и, наоборот, близкие
элементы покажутся удаленными (рис. 6.3,6). Этот вариант стереоско-
пического наблюдения снимков используют при анализе отрицательных
микроформ рельефа (ущелий, долин, канав и др.). Есть еще вариант сте-
реоскопического наблюдения снимков, при котором оба снимка развер-
тываются в своей плоскости на 90°. Наблюдатель при этом вне зависи-
мости от рельефа увидит плоское пластичное изображение местности.
Получаемый при этом стереоэффект, называют нулевым. Его использу-
ют для определения искажений, возникающих на аэрофотоснимках из-
за недостаточного прижимания фотобумаги при контактной печати.
Как уже отмечалось, точность (детальность) стереоскопического
восприятия по снимкам элементов пространственных объектов зависит
от угла засечки этих элементов. Значение угла определяется размерами
базиса фотографирования (В) и высотой съемки (//). Минимальную раз-
ность отстояний (высот) наблюдаемых точек для расстояния наилучше-
го видения (250 мм) определяют по формуле
ЬН = 250/72 Д/ / Bfv = 250/7Д/ / vb,
где v-увеличение стереоприбора; b - базис съемки в масштабе сним-
ков.
152
По этой формуле можно вычислить значения АН для наблюдения
снимков, полученных с используемых при выполнении лесоустроитель-
ных или других работ ВЫСОТ съемки. Так, для снимков форматом 18x18 см с
полольным перекрытием 60 %, с использованием стереоскопа с увеличением в 1,5 раза,
и высотах съемки 500, 1000, 2000 и 5000 м значения ЛН составят соответственно 0,2;
0 3- 0 7 и 1,7 м. По снимкам, полученным с космических платформ с высоты 300 и 900 км,
j//соответственно будет 102 и 310 м [11].
Точность восприятия превышений при наблюдении космических
снимков может быть повышена за счет увеличения базиса съемки - при
увеличении угла поля изображения съемочной системы или используя
конвергентную съемку. Базис съемки может быть увеличен за счет уве-
личения формата кадра или уменьшения фокусного расстояния съемоч-
ной камеры. В последнем случае уменьшится съемочный масштаб и
геометрическое разрешения снимков.
Для того чтобы по аэрофотоснимкам получить стереомодель точно
таких же форм и размеров, как объект съемки в масштабе фотографиро-
вания, нужно, наблюдая два смежных аэрофотоснимка, с базисом, рав-
ным глазному, восстановить их взаимное расположение таким, какое
было при съемке, а центры хрусталиков глаз совместить с главными
точками аэрофотоснимков как с центрами проекции. Стереомодель по-
лучается искаженной в зависимости от изменения положения аэрофото-
снимков. Если базис снимков больше глазного, то стереомодель получа-
ется уменьшенной во столько раз, во сколько глазной базис меньше ба-
зиса фотографирования. Если наблюдать снимки на расстоянии, боль-
шем, чем fK АФА, стереомодель получается вытянутой в вертикальном
направлении; предметы, имеющие третье измерение-высоту (деревья,
дома), кажутся неестественно высокими. При уменьшении расстояния
от глаз до снимков по сравнению с fK АФА стереомодель получается
сжатой в вертикальном направлении. Хотя эти искажения невелики, все
же при дешифрировании их необходимо учитывать и взаимное ориен-
тирование аэрофотоснимков выполнять как можно тщательнее.
Способы стереоскопических наблюдений фотоснимков. Главное
условие получения стереоэффекта по фотоснимкам - раздельное их на-
блюдение, при котором каждый глаз видит один из двух снимков. Этого
Мо*но достичь, рассматривая два перекрывающихся изображения и
невооруженными глазами. Но при таком наблюдении глаза быстро
Утомляются, так как возникает несоответствие между конвергенцией
глаз и аккомодацией. Для облегчения стереоскопического наблюдения
снимков используют оптические бинокулярные системы - стереоочки,
153
стереоскопы и более сложные приборы либо применяют анаглифиче-
ский способ наблюдения и способ поляроидов.
Стереоскопы применяют при наблюдении снимков на твердой осно-
ве, а также раздельно визуализированных на экране монитора изобра-
жений. При компьютерной стереофотограмметрической обработке
снимков используют способы анаглифический и поляроидов.
В основе анаглифического способа лежит использование цветных
светофильтров, окрашивающих в дополнительные цвета левое и правое
изображения, например в красный и сине-зеленый. В результате на-
блюдают раздельно два цветных изображения, наложенных одно на
другое. Для наблюдения используют анаглифические очки с фильтрами
обеспечивающими дифференцированное восприятие изображений ле-
вым и правым глазом. Ввиду того, что светофильтр пропускает свето-
вые лучи только своего цвета, каждый глаз наблюдателя видит лишь
одно из двух изображений, а при их слиянии (при хорошо сбалансиро-
ванных цветах изображений и фильтров очков, а также световых пото-
ков для обоих каналов) возникает стереомодель в серо-белых тонах.
Способ поляроидов основан на применении светофильтров, поляри-
зующих свет, т.е. таких светофильтров, которые пропускают световые
колебания только одного направления, а другие - задерживает. Свето-
фильтры-поляроиды устанавливают в двух камерах, проектирующих на
экран монитора левое и правое изображения (стереопару снимков) с
наложением одного на другое так, чтобы поляризация света в них про-
ходила в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Изображение,
возникающее на экране, рассматривают через очки, имеющие свето-
фильтры-поляроиды и ориентированные так же, как в проектирующих
камерах. При этом каждый глаз видит изображение только одного
снимка, в результате чего возникает стереоэффект. В отличие от анаг-
лифического способа поляроиды можно применять для наблюдения
цветных и спектрозональных снимков.
Можно применять также способ поочередной смены наблюдения ле-
вым и правым глазом соответственных изображений. Раньше применя-
ли оптико-механический вариант - способ вращающихся бленд, суть
которого заключается в том, что на экран поочередно проецируют ле-
вый и правый снимки. Для обеспечения очередности используют вра-
щающиеся перед объективами проекторов бленды (непрозрачные диски
с отверстиями). Перед глазами наблюдателя синхронно вращается ДРУ^
гая пара бленд, что и обеспечивает раздельное восприятие изображении
левым и правым глазом. Частота смены изображения создает эффект
непрерывности восприятия.
154
^га же идея в современных компьютерах реализуется следующим
образом: левое изображение формируется на четных строках экрана
монитора, правое - на нечетных, а оператор наблюдает экран через за-
творные очки на жидких кристаллах. Смена на экране изображений
синхронизирована со сменой восприятия их левым и правым глазом, а
смена каналов восприятия выполняется драйвером, входящим в ком-
плект системы. Синхронизирующий сигнал может передаваться на очки
по проводу или по световому инфракрасному каналу. Частота смены
каналов здесь обеспечивает непрерывность восприятия изображения
стереомодели. Более благоприятные условия для работы создаются при
увеличении частоты (до 120... 150 Гц) [11].
6.5. Стереоскопические измерения по аэрофотоснимкам |7|
«Зависимость между высотой и разностью продольных парал-
лаксов. При лесном дешифрировании аэрофотоснимков часто возника-
ет необходимость в определении высоты объекта. Для этого применяют
способы, основанные на измерении разности продольных параллаксов.
Для объяснения геометрической сущности этого способа возьмем два
смежных аэрофотоснимка (негатива), составляющих стереопару и полу-
ченных при идеальном случае аэрофотосъемки, когда аэрофотоснимки и
базис фотографирования горизонтальны (рис. 6.4).
На каждом снимке за начало координат примем главные точки (Оп
и Оп), а за ось абсцисс - линию, представляющую базис фотографиро-
вания в масштабе снимка. Оси абсцисс совпадают с начальным направ-
лением, которое на каждом снимке проходит через собственную глав-
ную точку и изображение главной точки на смежном снимке. Каждая
пара одноименных проектирующих лучей расположена в одной базис-
ной плоскости. Следовательно, ординаты идентичных точек аэрофото-
снимка независимо от рельефа местности всегда одинаковы (ул = уп).
Это равенство нарушается лишь при наличии углов наклона аэрофото-
снимка или базиса. Разность ординат идентичных точек называют попе-
речным параллаксом q = ул-уп-
Допустим, что измеряемое дерево расположено в базисной плоско-
сти. Обозначим вершину дерева Я, основание С, высоту Л, представ-
ляющую превышение точки А над начальной плоскостью Г, на которой
лежит точка С. На левом аэрофотоснимке точка местности С изобразит-
ся сл, на правом - сп, а изображение вершины дерева А соответственно
УДет ал и ап. Поскольку проектирующие лучи точек А и С, проходящие
Через центр проектирования левого аэрофотоснимка 5Л, совпадают, то и
аэрофотоснимке они изобразятся в одной точке (а, с)л.
155
Рис 6.4. Зависимость между превышением местности (высотой дерева) и разностью
продольных параллаксов
В системе координат аэрофотоснимков абсциссы точек АиС будут:
ол=хаг °А=хс,
Ой = х„> ОпСп -хг
п п о,,’ п п сп
Из точки Sn проведем линию Sn (а, с)'л, параллельную лучу 5л(а>с)г
Тогда отрезок Оп (а,с),ч равен абсциссе точек а и с левого аэрофото-
снимка.
Разность абсцисс одноименных точек двух аэроснимков называют
продольным параллаксом р, т.е. р = хл-хп. Следовательно, продольный
параллакс точекаис выразится
ра=х(а,с\ -хОа; рс=х(р,с\ -хСп-
Из подобия треугольников А8Л Sn u Sn (а, с)'л ап следует: pa/fk=B/(H-h)>
откуда pa=B[fk /(H-h)]; а подобия треугольников CSj,Sn и Sn(a,c)^
156
можно записать, что pc./fk=B/Hy или pc=Bfk/H. Отсюда видно, что про-
льный параллакс любой точки равен базису фотографирования В в
масштабе изображения этой точки. Разность продольных параллаксов
можно выразить
&р = р -р = В——--В— = В---—---’
Иа Ис H-h Н H(H-h)
Выразив базис в масштабе аэрофотоснимка относительно принятой
начальной плоскости Т, определим: В = ЬН /fk. Подставив значение ба-
зиса В в вышеприведенную формулу, получим:
fh bh
о-----------=-------
f H(H-h) H-h
Решая относительно hy устанавливаем важную зависимость между
превышением (высотой дерева) и разностью продольных параллаксов:
, Н А
h =------Др-
Ь + Ьр
При дешифрировании лесов на равнинной местности, когда превы-
шения между начальной плоскостью и вершиной дерева невелики, раз-
ностью продольных параллаксов в знаменателе можно пренебречь и для
определения высоты дерева или древостоя пользоваться упрощенной
формулой h = (—)Др •
b
Для определения высоты дерева в горных условиях Л.Е. Смирнов
(1975) вывел формулу
Ид = (Н-Ь)2/НЬлДрл
после преобразования которой получаем:
Ид = [(H-2h) / bj ЛрЛу
где Ид - высота дерева; Н - высота фотографирования над проекцией
главной точки правого аэрофотоснимка; h - превышение между основа-
нием дерева и плоскостью, проходящей через главную точку правого
аэрофотоснимка; Ьл - базис левого аэрофотоснимка; Лр д - разность про-
дольных параллаксов вершины и основания дерева.
Для определения превышения местности обычно используют топо-
графические карты М 1: 25000 и 1: 50000. Если при аэрофотосъемке
пРименена гиростабилизирующая установка и аэрофотоснимки имеют
Минимальные углы наклона, превышение местности можно определить
По аэР°фотоснимкам, ориентированным только по начальным направ-
лениям. В этом случае для определения высоты дерева используют те
Же формулы, но превышение h выражают через разность продольных
157
параллаксов Арао вершины дерева и главной точки правого аэрофото
снимка:
hd = [Н/(Ьл+2Лрао)]4рд.
Эти формулы лучшие результаты дают в тех случаях, когда превы-
шение точек местности в пределах стереопары не более 400 м, но прак-
тически их можно использовать при дешифрировании всех горных ле-
сов.
Техника измерения продольных параллаксов. Для измерения
продольных параллаксов применяют приборы со специальными при-
способлениями в виде визирных марок (нитевидных, точечных, кресто-
образных и др.). Техника стереоскопических измерений при этом сво-
дится к следующему. Пусть аэрофотоснимки и Р2 (рис. 6.5), сфото-
графированные с некоторого базиса, ориентированы относительно друг
друга и рассматриваются в стереоскоп.
V
А
Рис. 6.5. Схема наведения измерительных марок стереоприбора
Если в поле зрения каждого глаза ввести марки MjuM2h совместить
их с идентичными точками аэрофотоснимков а/ и а2 то при возникнове-
нии стереоскопического эффекта обе марки иллюзорно сольются в про-
странстве в одну стереоскопическую марку Л/, которая будет казаться
совмещенной с точкой А местности, сфотографированной в точках я/ и
а2 . Таким образом, в момент кажущегося совмещения стереоскопиче-
ской марки с наблюдаемой точкой действительные марки совместятся с
идентичными точками на левом и правом аэрофотоснимках. Смещение
одной марки вдоль линии базиса, например Mj в положение М|' воспри-
нимается как пространственное перемещение марки по высоте (глуби-
не) в положение М’. Одновременное перемещение обеих марок на одни
158
те же величины обусловливает перемещение пространственной марки
в горизонтальной плоскости без изменения ее положения по высоте.
Следовательно, техника стереоскопического измерения состоит в со-
вмещении пространственной марки с точками стереомодели местности,
при этом положение стереоскопической марки фиксируется на шкалах.
Разность продольных параллаксов (разница в отсчетах по шкалам для
верхней и нижней точек местности) определяет превышение одной точ-
ки над другой.
На этом принципе основаны конструкции всех стереофотограммет-
рических приборов, предназначенных для определения по аэрофото-
снимкам высотных отметок местности, в том числе высоты деревьев и
древостоев» [7].
6.6. Технические средства, применяемые при дешифрировании
аэрокосмических изображений
При лесном визуальном и аналитико-измерительном дешифрирова-
нии материалов аэрокосмических съемок применяют различные инст-
рументы, приспособления, приборы, компьютеры. Традиционные при-
боры и инструменты условно можно разделить на увеличительные, из-
мерительные, стереоскопические и стереофотограмметрические.
Увеличительные приборы. Предназначены для увеличения разме-
ров изображения объектов на аэрокосмических снимках. Это различные
монокулярные и бинокулярные лупы с увеличением от 2х до 1 Ох и бо-
лее, в том числе со шкалами для измерения линейных размеров дешиф-
рируемых объектов и подсветкой. При необходимости к увеличитель-
ным лупам изготовляют на стекле или прозрачной пленке различные
палетки и шаблоны для измерения проекций крон, подсчета числа де-
ревьев, определения сомкнутости полога и т.п.
Измерительные приборы и инструменты. Это циркуль-измеритель,
масштабная и измерительная линейки, пропорциональный циркуль, из-
мерительная лупа, измерительные пластины, клинья, палетки (рис.6.6),
различные шкалы тонов и цветов (см. рис. 5.2 и 5.3) и пр. С помощью
перечисленных приборов и инструментов измеряют на снимках отрезки
прямых линий, размеры тех или иных объектов, длину теней деревьев или
Других объектов, ширину крон, густоту и состав насаждений и др. Серая
шкала тонов содержит набор тонов от черного до белого, против которых
Указаны плотности, заранее промеренные на денситометре. По шкале
опРеделяют на снимке тон дешифрируемых объектов, в том числе крон
Деревьев. Шкалы цветов могут содержать более 100 различных цветов и
Цветовых оттенков, обозначения которых дается в виде сочетания
уквы, находящейся на полях в вертикальном ряду, с цифрой, стоя-
159
щей в горизонтальном ряду. Цвет дешифрируемого объекта сравнивают
с цветом шкалы, имеющим буквенное и цифровое обозначение, по ко-
торым определяют наименование и индекс цвета.
1 Г Ю 15 *9
• _______, ? , , । । 7 । । । । । । । 1 1 > । ।
01 Illi fTTT I д/ ' I “I I I 1 1 Г /fe * "1
। । i । । i i । i^i । i । ^ । t i i ¥ । ।
I I I I I I I I I I I I II 4 I I I I I "1 1 ' I
4/7 45 50 55 SO
I I I I I I I I I I I I I I I I 1 I 1 l- 1 1 1 -I
Г I I I I I I I I I I I I I I I I I
Bi S<1 OS ss
I I I I 1
09
шшдшшшц
6 8
IП l|l 111 |ll ll|l 1111 III 11 |тггргптртгг Tl H|inr
3
Рис. 6.6. Измерительные палетки: / - измерительный клин; 2, 3, 4 - шкапы отрезков,
кружков, сомкнутости; 5 - точечные палетки для определения сомкнутости полога
и состава насаждений соответственно по аэроснимкам масштабов 1:5000; 1: Ю 0U >
1:15 000 и 1:25 000
4
160
Поименение перечисленных приборов, палеток, шкал позволяет в
«тельной степени повысить объективность дешифрирования и в
Учительной степени формализовать его.
3 Стереоскопические приборы. К ним относятся стереоскопы разных
онструкций: линзовые, линзово-зеркальные, сканирующие стереоско-
пы стереофотограмметрические приборы.
Стереоочки, линзовые стереоскопы (рис.6.7), с постоянными или
сменными линзами разной кратности увеличения и с постоянным или
переменным базисом имеют две линзы, через которые рассматривают
два изображения одного и того же объекта на смежных снимках, полу-
ченных с продольным перекрытием. Обычно это легкие портативные
приборы, которые используются при полевом дешифрировании непо-
средственно в лесу.
Линзово-зеркальные стереоскопы (рис.6.8) состоят из двух пар
больших и малых зеркал, смонтированных на металлической пластине;
зеркала каждой пары параллельны друг другу и установлены под углом
45° к плоскости снимка (стола). Между большими и малыми зеркалами
установлены линзы. Наиболее широко в стране у нас был распространен
линзово-зеркальный стереоскоп ЛЗ, имеющий базис около 200 мм, поле
зрения 12x16 см, массу 1,5 кг. Он (или его аналоги) применяется как в
камеральных, так и полекамеральных условиях для визуального и ана-
литико-измерительного дешифрирования.
Рис. 6.8. Линзово-зеркальный стереоскоп
На рис.6.9, показан ход лучей при рассматривании стереоизображе-
Ии с Помощью стереоскопов.
161
Рис. 6.9. Ход лучей при рассматривании изображений с помощью линзового (вверху)
и линзово-зеркального (внизу) стереоскопов
Для измерительных целей при стереоскопическом анализе изобра-
жений используют набор палеток, а для измерения высот деревьев - па-
раллактические пластины, синусные линейки или параллаксометры
(рис.6.10) в сочетании со специальными приспособлениями (например,
с дешифровочно-таксационным оборудованием ОТД ЛенНИИЛХа),
обеспечивающими жесткое крепление параллаксометра к стереоскопу.
Рис. 6.10. Параллактический винт (параллаксометр)
162
В настоящее время имеется целый набор стереоскопов различного
ясса доступных для потребителей. Это преимущественно стереоско-
пы зарубежного производства (Германия, Япония, США, Италия, Ук-
ина и пр.)« Многие из них имеют наблюдательные системы с различ-
ной кратностью увеличения, приспособления для измерения разности
продольных параллаксов, механизмы ориентирования снимков, интер-
фейсы для подключения их к компьютерам.
Стереофотограмметрические приборы-стереометры, стереопанто-
метры (рис. 6.11), интерпретоскопы (рис. 6.12), стереокорды (рис. 6.13) и
некоторые другие также находят определенное применение в лесоустрои-
тельной практике при дешифрировании материалов аэрокосмических
съемок и в научных исследованиях.
Рис. 6.11. Стереопантометр
Рис. 6.12. Интерпретоскоп
Рис. 6.13. Стереокорд
163
Средства компьютерной техники. Новые возможности для ви
ального и аналитико-измерительного дешифрирования появляются п
использовании современных персональных компьютеров. В практике
лесного дешифрирования материалов аэрокосмических съемок, как ска
нерных, так и фотографических, все большее место занимают цифровые
методы, базирующиеся на современных компьютерных технологиях
Использование компьютеров вместе со специальным программным
обеспечением позволяет обрабатывать в интерактивном или автомати-
ческом режиме, объединять и совместно анализировать разнородную
информацию - изображения, карты, табличные, текстовые и другие
данные. Компьютерная техника позволяет получать на экране компью-
тера различные варианты синтезированного многозонального изобра-
жения, как сканерного, так и фотографического. Увеличивать много-
кратно изображение дешифрируемого объекта (таксационного выдела
или его части), осуществлять визуальное контурное и лесотаксационное
дешифрирование, проводить в автоматизированном режиме различные
измерения и определения, такие, как сомкнутость полога, диаметры и
площади крон деревьев (групп) и их средние величины, число видимых
на снимке деревьев, в том числе по породам или их группам, измерять
длину теней деревьев или других объектов (на аэро- и космических
снимках высокого разрешения).
Средства компьютерной техники позволяют осуществлять дешиф-
рирование аэро- или космических изображений в интерактивном (авто-
матизированном, человеко-машинном) и автоматическом режимах. Эти
методы дешифрирования в последние 10-20 лет получили мощное раз-
витие в связи с появлением персональных компьютеров нового поколе-
ния и развитием на базе их геоинформационных технологий. В основе
этих методов разбиение (классификация) изображенной на снимке тер-
ритории на однородные по спектральным и текстурным характеристи-
кам классы (см.главу 10).
Основные требования к средствам компьютерной техники для дешифрирования дан-
ных дистанционного зондирования следующие:
- наличие магнитных носителей большой ёмкости;
- высокая производительность компьютерной системы;
- система визуализации изображений (видеокарта - монитор) должна обеспечивать
высокое разрешение, контрастность, хорошую цветопередачу, обзорность и соответст
вовать требованиям международного стандарта, определяющего предельные знамен
электромагнитного излучения;
- система вывода должна обеспечивать качественную печать документов : м
ные носители нужного формата с полным соответствием цветов на экране и на бумаге,
- система ввода должна включать широкоформатный сканер с разрешением не У
600 dpi и возможностью сканирования «на просвет»;
164
специализированное программное обеспечение также предъявляет высокие требова-
к компьютерам по скорости работы всех составляющих модулей, размеру оператив-
ки памяти, к типу операционной системы и др.;
Н . при использовании электронных каналов связи с удаленными источниками данных
апоимер, центрами приема спутниковой информации) должна быть обеспечена высокая
пропускная способность этих каналов.
Приблизительный оптимальный вариант компьютерной системы для обработки изо-
бражений должен формироваться на базе высокопроизводительных процессоров с такто-
вой частотой не менее 500МГц, оперативной памятью от 128 Мб, жестким диском емко-
стью от 16 Гб с кэшем от 2Мб и интерфейсом SCSI и др. Компьютер должен быть осна-
щен оптико-магнитными накопителями информации для создания электронного архива,
сменным жестким диском и пишущим CD-ROM.
В связи с важностью визуализации данных, компьютер должен быть оснащен высоко-
качественным монитором стандарта ТСО95 с диагональю от 2 Г, а также хорошей AGP
видеокартой с видеопамятью от 16 Мб, обеспечивающей высокое разрешение и высокую
(от 75 МГц) частоту регенерации. Система должна комплектоваться специальным про-
граммным обеспечением и затворными жидкокристаллическими очками, обеспечиваю-
щими раздельную передачу на правый и левый глаза дешифровщика соответствующих
растровых изображений за счет синхронизации мигания развертки экрана и срабатывания
затворов.
Для ввода (оцифровки) данных дистанционных съемок, представленных на бумажных
носителях, используются цветные планшетные сканеры. Оптическое разрешение сканера
должно обеспечивать качественный ввод фотоснимков с разрешением от 600 dpi. Сканер
должен быть оснащен устройством для ввода изображений с негативов (на просвет).
Для вывода результатов дешифрирования на бумажные носители компьютер должен
быть оснащен широкоформатным плоттером (принтером) с возможностью печати доку-
ментов фотографического качества, соответствующего изображению, полученному на
экране компьютера.
Для выполнения ограниченных разовых и исследовательских работ с небольшими
объемами данных существует программное обеспечение, позволяющее производить обра-
ботку (дешифрирование) данных дистанционного зондирования и на компьютерах тради-
ционной конфигурации, однако при этом значительно увеличивается время и сложность
работы.
Вопросы компьютерной обработки данных дистанционного зондирования, примене-
ния технических средств и программного обеспечения рассмотрены в главе 10.
Быстрый прогресс в области компьютерной техники и программного обеспечения
приводит к быстрому их «устареванию». Изложенные в данном разделе требования и
описание оптимальной конфигурации компьютерной системы соответствует уровню раз-
вития техники на 2000-2005 годы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 • Объекты лесного дешифрирования и его сущность.
Виды лесного дешифрирования.
3- Исходные положения лесного дешифрирования.
4- Сущность стереоскопического эффекта.
Стереоскопические измерения по аэрофотоснимкам.
Характеристика стереоскопических приборов, применяемых при ле-
гировании снимков.
165
ГЛАВА 7. МОРФОЛОГИЯ ПОЛОГА ДРЕВОСТОЕВ
7.1. Структура полога насаждений
Классификация и отличительные признаки на аэроснимках ос-
новных показателей форм крон деревьев. Дешифровщик при стерео-
скопическом рассматривании аэроснимков видит не все насаждение а
верхнюю его часть - полог. Строение крон деревьев и полога насажде-
ний зависит от лесоводственно-биологических особенностей древесных
пород, условий местопроизрастания, видового состава и возраста наса-
ждений и др. У одних деревьев кроны в пологе располагаются изолиро-
ванно или только соприкасаются ветвями с кронами смежных деревьев,
у других боковые части крон в большей или меньшей степени заходят
под кроны соседних деревьев, у третьих кроны полностью находятся
под кронами других деревьев. В пределах яруса кроны всех этих де-
ревьев представляют собой полог. В сложных по форме насаждениях
может быть второй ярус со своим пологом, который в той или иной сте-
пени смыкается с пологом первого яруса, образуя сложный полог всего
насаждения.
В одноярусном простом по составу насаждении древесный полог, осо-
бенно в верхней части, которая изображается на аэроснимках, слагается пре-
имущественно из более или менее сходных между собой крон, смыкающихся
примерно на одной высоте. Глубина полога таких насаждений наименьшая,
разница в высоте деревьев и длине крон невелика, смыкаются они примерно
на одной высоте, создавая горизонтальную сомкнутость полога. При невы-
сокой полноте в таких насаждениях на аэроснимках хорошо просматривается
земная поверхность (при отсутствии густого подроста и подлеска). В двухъя-
русных насаждениях, где вершины крон деревьев второго яруса смыкаются с
нижними частями крон деревьев первого яруса, ясно выражена вертикаль-
ная сомкнутость полога (рис.7.1). В многоярусных насаждениях, состоящих
из нескольких пород, у которых различные высота, форма и длина крон, имеет
место вертикально-ступенчатая сомкнутость. Глубина полога в таких наса-
ждениях наибольшая, а просматриваемость в стереоскоп незначительная.
Установление состава древесных пород и других таксационных по-
казателей насаждений (средних высоты и диаметра на высоте груди»
полноты, возраста и др.) по аэроснимкам крупных и средних масштабов
основано прежде всего на различиях в изображениях форм и цвета (то-
на) крон, их размерах, структуре полога. При этом детально сравнивают
кроны на сходство и различие по внешним признакам и их размерам.
166
Рис. 7.1. Профиль древостоя со ступенчатой сомкнутостью крон
К числу основных показателей форм крон относятся: диаметр кроны
DKi длина кроны 4, высота до наибольшей ширины кроны hDk, высота до
начала (окончания) кроны hOK (рис.7.2)
^Ис- 7.2. Основные показатели
форм крон
Высота до наибольшей ширины делит
крону на две части - верхнюю и нижнюю,
которые редко бывают симметричными.
При одинаковых высоте, диаметре и длине,
но при различной высоте до наибольшей
ширины изменяется форма крон деревьев и
соответственно их внешний вид. Чем выше
наибольшая ширина кроны у дерева, тем
она закругленнее и тупее. В сомкнутых на-
саждениях такие кроны на аэроснимках по
размерам больше, чем конусовидные кроны
с низкоопущенным наибольшим диамет-
ром. На рис.7.3 схематично показано, как
изменяется форма кроны по мере увеличе-
ния hDk при неизменных остальных ее по-
казателях и высоте дерева. На плановом
крупномасштабном аэроснимке деревья с
равными показателями DK, 4 и Л., но с раз-
ными hDk резко отличаются друг от друга
по форме верхней части крон.
167
При рассмотрении в стереоскоп кроны с небольшим значением hDk
имеют ясно выраженный конус собственной тени, а полог насаждения
состоящий, из таких крон, наиболее глубоко просматривается. У [фон с
большим значением hDk вершины тупые и при рассматривании в стерео-
скоп они кажутся плоскими без ясно выраженной собственной тени; на
аэроснимках они выражены и заметны. Полог насаждения, составлен-
ный кронами деревьев такого типа, просматривается неглубоко. Если
уровень hDk примерно на середине кроны, то она имеет правильную па-
раболоидную или округлую форму. При рассматривании в стереоскоп
кроны этого типа благодаря более плавному переходу от освещенной
стороны к затененной выглядят более выпуклыми, чем кроны других
типов. В сомкнутых насаждениях на плановом аэроснимке наиболее
крупно изображаются тупые кроны и наиболее мелко - островершин-
ные.
Необходимо иметь в виду, что даже у одной породы, составляющей одновозрастное
(или условно одновозрастное) насаждение, формы и размеры крон неодинаковы. Некото-
рое представление о степени варьирования основных таксационных и дешифровочных
показателей в условиях левобережной части Нижегородской обл. дают данные В.И. Су-
хих, приведенные в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Варьирование таксационных и дешифровочных показателей деревьев на пробных
площадях, % (над чертой - среднее значение, под чертой - амплитуда колебания)
Порода du Dk k h. h[>k
Сосна 29,6 21,7-23,4 34,7 22,6-45,9 29,8 18,1-47,4 11,3 8,3-13,7 11.6 7,9-17,5
Береза 29,5 22,8-33,8 29,6 24,9-34,9 24,4 16,8-27,8 15,1 14,2-16,1 17,3 14,0-19,8
Дуб 28,6 24,6-36,2 28,3 22,2-34,0 22,3 16,8-25,7 15,9 12,0-23,2 20.1 16,2-25,7
Осина 25,0 17,1-33,4 27,7 14,8-39,8 22,6 11,7-31,6 9,2 5,8-16,6 —'
Ель 33,1 32,6-33,7 33,6 27,0-40,3 - -
168
Г.г. Самойлович разработал схему классификации форм крон деревь-
ев по внешнему виду, разделив их в горизонтальном разрезе (проекции
крон) на пять, а в вертикальном - на восемь основных типов (рис. 7.4).
Характер форм крон зависит от их расположения в пологе насажде-
ния, древесйой породы, лесорастительных условий, возраста и ряда дру-
гих* факторов. Но для насаждений определенного состава, возраста,
полноты и условий местопроизрастания типично наличие конкретных
форм и размеров крон или сочетания их в определенных пропорциях,
которое может быть выявлено и использовано для характеристики на-
169
Наиболее распространенными формами крон деревьев в спелых на
саждениях лесной зоны являются, например, у ели (пихты) - конусо-
видные, у сосны и лиственницы - параболоидные, эллипсовидные и
шаровидные, у березы - параболоидные и эллипсовидные, у осины -
плосковершинные (рис.7.5).
Обычно, чем крупнее масштаб изображения, тем яснее заметны на
нем формы крон и особенности их строения.
Необходимо иметь в виду, что нами отмечены лишь наиболее харак-
терные отличительные признаки крон основных лесообразующих пород
преимущественно для приспевающих и спелых насаждений и средних
условий местопроизрастания. В определенные возрастные периоды и в
разных условиях произрастания форма и размеры крон могут отличать-
ся от приведенных выше. Требуется тщательное изучение дешифровоч-
ных признаков насаждений применительно к конкретным лесорасти-
тельным условиям и типам аэросъемочных материалов, так как характе-
ристики спектральной отражательной способности древесных пород
меняются в зависимости от условий местопроизрастания. Меняется и
изображение одних и тех же крон в зависимости от их места располо-
жения на аэроснимке, характера освещенности полога, рельефа.
Рис. 7.5. Форма крон (чертой показана высота до наибольшей ширины кроны):
а - ели, б - березы, в - сосны, г - осины
На аэрофотоснимках у деревьев, расположенных в центре, изобра-
жаются освещенные части крон при виде сверху, почти в ортогональной
проекции. У деревьев, расположенных на некотором расстоянии от цен-
тра, кроны изображаются не только при виде сверху, но и при виде соо-
170
и тем больше наклонными, чем дальше они расположены от центра
аэрофотоснимка (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Схема изображения крон деревьев на различном расстоянии от центра
аэрофотоснимка
Изображение древостоев на аэрофотоснимках состоит из освещен-
ных, затененных или частично освещенных крон деревьев. При этом
наличие или отсутствие теней на изображениях крон деревьев, их форма
и размеры находятся в зависимости от места расположения кроны дере-
ва на снимке и высоты стояния солнца и направления солнечных лучей
в момент экспозиции (рис. 7.7).
Направление солнечных
лучей
Рис. 7.7. Схема изображения крон деревьев при различной освещенности полога
На 0CBeu*eHH0CTb крон деревьев влияет также характер рельефа, в
°ром произрастают лесные массивы (рис.7.8). При перпендикуляр-
171
ном направлении лучей к хребту одна сторона насаждения окажется
освещенной, а другая - затененной. Деревья, изображенные на осве-
щенных склонах, ясно различимы, а деревья, расположенные на зате-
ненных склонах, на снимках слабо изображены или даже вовсе не вид-
ны. Если солнечные лучи падают вдоль склонов горного хребта, то оди-
наково освещаются оба склона и расположенные на них деревья.
Рис. 7.8. Изображение на аэроснимке деревьев на освещенном и затененном склонах
Поскольку по мере удаления от центра планового аэрофотоснимка к
краям деревья изображаются более наклонными, то и формы промежут-
ков между кронами также не остаются одинаковыми. На рис.7.9 нагляд-
но заметен так называемый эффект «развала» изображения древесного
полога. Особенно этот эффект проявляется при фотографировании ле-
сов короткофокусными аэрофотоаппаратами.
Таким образом, изображения форм крон в одних и тех же древостоях
будут неодинаковыми в различных частях аэрофотоснимка: в одной
части изобразятся только освещенные или частично освещенные сторо-
ны крон, а в другой - только затененные или частично затененные. При
этом затененные стороны хорошо передают характерные формы крон
деревьев.
Степень контрастности изображения кроны и соответствующей те-
ни на аэроснимке зависит от ее густоты. В практике дешифрирования
кроны по густоте делят на три группы: густые - при осмотре в натуре
172
сбоку в кроне не более 25 % просветов (промежутков) между ветвями;
оедней густоты - количество просветов не более 50%; редкие - просве-
ты составляют более 50 %. Чем гуще крона, тем контрастнее выделяется
ее изображение на аэроснимке, сильнее выражен на кроне конус собст-
венной тени, лучше выделяется форма кроны и резче ее очертания, что
имеет существенное значение при дешифрировании аэроснимков. По-
этому при изучении структуры полога насаждений для целей дешифри-
рования необходимо учитывать степень густоты крон для каждой по-
роды.
Рис. 7.9. Развал крон деревьев
Распределение деревьев по диаметрам крон. Деревья в насажде-
нии распределяются по толщине в закономерном порядке. Ряд их рас-
пределения обусловливает величину среднего диаметра. Это имеет
большое теоретическое значение для таксационного дешифрования ле-
сов, так как непосредственно измерить диаметр деревьев на высоте 1,3
м по аэроснимкам не представляется возможным. В то же время суще-
ствует связь между диаметрами ствола и диаметрами крон. В связи с
этим требуется изучение полога насаждений, представленного на аэро-
снимках кронами различной величины, а также закономерностей рас-
пределения крон по диаметрам. Кривые распределения деревьев по
Диаметрам крон имеют положительную асимметрию и по своему харак-
теру близки к нормальной кривой распределения. Для вычисления тео-
ретических численностей рядов распределения используют обычно
Функцию обобщенного нормального распределения типа А:
j a j х а j 24 J
173
Иногда используют кривые нормального распределения Лапласа
Гаусса (/(х) = 1^2яе~х Ь» кривые Максвелла, Пирсона или другие.
Ряды распределения деревьев по диаметрам крон подчиняются той
же закономерности, что и ряды деревьев по диаметрам на высоте 1,3 м
Наиболее заселены относительные - ступени 0,6 - 1,2, а средний диа-
метр кроны DK делит все кроны в насаждении на две неравные части
Ранг дерева со средней кроной равен примерно 60 %. Аналогичный ха-
рактер имеют ряды распределения деревьев по диаметрам крон и в пре-
делах 4-сантиметровых и относительных ступеней толщины деревьев на
высоте 1,3 м. Выраженный закономерный характер носит и распределе-
ние совокупности деревьев элементов леса по площадям проекций крон.
Ряды распределения деревьев по диаметрам крон для всей совокупности
деревьев, изображенных на аэроснимках крупных и средних масштабов,
имеют также закономерный характер и положительную асимметрию.
Изучение рядов распределения деревьев по hDk и 1к показало, что и
они подчиняются закону нормального распределения. Меры косости и
крутости находятся в пределах одной основной ошибки, а среднее дере-
во имеет средние показатели не только по DK, но и по hok и 1к.
Ю.А. Прокудиным определены для еловых насаждений редукцион-
ные числа (табл.7.2), которые наглядно показывают местонахождение
деревьев со средним значением показателей крон в процентном ряду
распределения.
Таблица 7.2
Редукционные числа по высоте до наибольшей ширины крон, диаметрам крон
и длинам крон для еловых насаждений (по децилям)
Показатели Ранги
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
hok 40 72 83 89 92 96 100 105 ПО 116 150
Dk 20 55 65 73 81 89 100 ПО 123 140 190
Ik 10 57 70 78 87 98 103 110 121 131 ”17?
В рангах от 30 до 80 редукционные числа, вычисленные по эмпири-
ческой формуле и по замерам учетных деревьев, практически совпада-
ют. Хотя варьирование деревьев по hDk и 1к достигает значительных раз-
меров, но практически во всех случаях оно ниже варьирования по IX-
При этом коэффициенты варьирования по hDk очень близки к коэффи"
циентам варьирования деревьев по их высоте.
Горизонтальная проекция полога насаждений. Строение полога,
особенно его горизонтальной проекции, имеет важное значение, так как
пространственная модель насаждения, изображенная на плановом аэр°
174
снимке, состоит из проекций крон деревьев, определенным образом
азмешенных по площади участка. Все деревья, образующие горизон-
тальную проекцию полога насаждения, можно условно разделить на три
категории с учетом степени их участия: со свободно расположенной в
пологе кроной, с частично закрытой и с закрытой (рис. 7.10).
Рис.7.10. Классификация категории деревьев по участию в проекции полога:
/ - свободные; 2 - частично закрытые; 3 - закрытые
Кроны деревьев первой категории изображаются на аэроснимках при
условии, если они освещены в момент аэрофотосъемки и освещенная
часть кроны больше разрешающей способности аэроснимков. У деревь-
ев второй категории изображается лишь не перекрытая часть кроны,
если она освещена в момент аэрофотосъемки. Раздельно по аэросним-
кам учесть деревья с частично закрытой кроной можно только тогда,
когда закрытая часть меньше половины, а оставшаяся больше разре-
шающей способности снимков. В остальных случаях их кроны слива-
ются с кронами тех деревьев, которые их перекрывают. Деревья с пол-
ностью закрытой кроной на аэроснимках не изображаются. Это пре-
имущественно деревья низших, реже - средних ступеней толщины, а
также из второго яруса. Перечет деревьев по участию крон в пологе по-
зволяет установить, какое их число и каких ступеней входит в полог
насаждения и образует его состав. При анализе полога насаждения сле-
дует учитывать, что горизонтальная его проекция меньше суммы пло-
щадей проекций крон всех деревьев на величину взаимно перекрываю-
щихся частей их крон. При этом разница между ними с возрастом
Уменьшается и в спелых насаждениях достигает минимальной величины
1за исключением сложных многоярусных насаждений).
Распределение крон деревьев в горизонтальной проекции полога по
СтУпеням толщины, как и для всей совокупности деревьев, выражается
Рмальной кривой. Кроны деревьев, находящиеся под кронами других
175
деревьев, распределяются по нисходящей кривой. Из них наиболыле
количество приходится на низшие ступени толщины, запас которых
относительно невелик. Но в смешанных насаждениях доля участия
проекции полога различных пород не пропорциональна их количеству и
запасу, а площадь проекций крон, приходящаяся на единицу запаса
различных пород неодинакова. Поэтому дешифровочный состав может
отличаться от истинного в ряде случаев на значительную величину. Бо
лее точно можно определить состав при дешифрировании не по пред,
ставленное™ в горизонтальной проекции полога площадей крон раз-
личных пород, а по запасу с учетом количества и высоты деревьев, их
средних диаметров на высоте груди.
Показатели, характеризующие насаждение и его полог (горизон-
тальную и вертикальную проекции), взаимосвязаны, но эти связи не
остаются постоянными по мере изменения состава насаждений, возрас-
та, полноты, условий местопроизрастания. Несмотря на сложность этих
взаимосвязей они могут быть установлены и использованы при лесотак-
сационном дешифрировании. Так, существует тесная корреляционная
связь между высотой деревьев и диаметром на высоте 1,3 м, которая
может быть аппроксимирована, например, уравнением параболы 2-го
порядка dij=a+bhd +chd, где а, Ь, с - постоянные коэффициенты, или с
помощью каких - либо других уравнений.
Существуют тесные корреляционные связи между диаметрами кро-
ны и ствола на высоте 1,3 м, высотой дерева и длиной кроны; высотой
дерева и длиной и высотой до наибольшей ширины кроны
и пр. Эти связи аппроксимируются с помощью различных уравнений
(параболы 1-3-го порядков, логарифмическими, показательными, ги-
перболическими и др.) и характеризуются высокими коэффициентами
корреляции (корреляционными отношениями), достигающими 0,9 и
более.
Амплитуда колебаний таксационных и дешифровочных показателей
деревьев, составляющих горизонтальную проекцию полога насаждений,
меньше, чем для всего древостоя. Наименьшие колебания в диаметрах
крон и высотах деревьев, составляющих горизонтальную проекцию по-
лога, наблюдаются в сомкнутых осиновых, березовых, сосновых, лист-
венничных и кедровых насаждениях. В них кроны более или менее оди-
наковы по своим размерам, а разновысотность деревьев выражена не
столь значительно. В еловых насаждениях, особенно состоящих из не-
скольких поколений, горизонтальная проекция полога представлена
деревьями различной высоты и размеров крон.
176
Средний диаметр крон и высота деревьев, составляющих горизон-
^ьную проекцию полога насаждений, несколько больше средних дан-
ных для всего насаждения. Так, например, по данным Г.Г. Самойловича,
сосновых насаждениях средняя высота деревьев в горизонтальной
поекции полога больше средней его высоты на 0,7-3 м. Определенное
влияние на амплитуду колебаний таксационно-дешифровочных показа-
телей оказывают возраст и полнота насаждений.
Анализ материалов различных исследований показывает, что наи-
большая длина крон у ели, затем у березы, сосны и наименьшая у оси-
ны; соответственно нижняя граница полога наиболее низко расположе-
на в еловых древостоях, а наиболее высоко - в осинниках. Наибольшая
ширина крон выше расположена у осины, затем по степени уменьшения
У сосны, березы и ели.
7.2. Взаимосвязь сомкнутости полога с полнотой насаждения
В горизонтальной проекции полога любого, даже самого густого и
высокополнотного, насаждения, как правило, есть окна между кронами,
которые могут быть различной величины и конфигурации (рис. 7.11).
1-116- порядковые номера деревьев
177
Если на каком-либо участке кроны соседних деревьев соприкаса
друг с другом и в пологе отсутствуют промежутки между ними, ТоЮТСя
пень сомкнутости полога 1,0, при 10 % просветов - 0,9, при 20 %
при 40 % - 0,6 и т.д.
Установлено, что в чистых сосновых насаждениях различных воз
растов с небольшой примесью березы или других пород сомкнутост
полога (PJ меньше полноты на 0,1-0,5, в еловых - на 0,1-0,4, в листвен
ничных - на 0,2-0,6; в кедровых - на 0,2-0,5, в дубовых - на 0,2, в березо
вых - на 0,3; в осиновых сомкнутость равна полноте или больше на 0 1-
0,2 единицы. Так, для чистых по составу спелых лиственничников Ill-jv
классов бонитета, по данным И.М. Данилина, взаимосвязь полноты на-
саждения с сомкнутостью полога отображается уравнением Р = 1,75Ps
-0,07 (табл. 7.3).
Таблица 7.3
Соотношения полноты и сомкнутости в спелых лиственничных насаждениях
Сомкнутость 0,15 0,25 0,35 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 ,
Полнота 0,19 0,37 0,54 0,72 0,81 0,89 0,98 1.07 |
Уравнения, характеризующие взаимосвязь между сомкнутостью и
полнотой спелых кедровых, сосновых и березовых насаждений Восточ-
ной Сибири, приводятся в табл. 7.4, а соотношения между ними в табл.
7.5 (по данным И.М. Данилина).
Таблица 7.4
Аналитическое выражение зависимости между полнотой и сомкнутостью
полога спелых древостоев
Порода Уравнение связи п F а Р,,<Р>ЙК’
Кедр Р=0.1094+1.2684С+0.1218С2 0.686 3.47 0.089 0.15< Л <0.70
Сосна Р=-0.0043+2.0028С-0.7439С2 0.838 4.27 0.077 0.15< Л <0.70 __
Береза Р=0.2548+0.8554С+0.1140С2 0.892 5.26 0.052 0.15< Р. <0.80
* Ps i< Ps < Ps j- пределы действия уравнения по сомкнутости.
Таблица 7.э
________Полнота насаждений при различных значениях сомкнутости полога----------
Древесная порода Полнота при сомкнутости
0,15 0,25 0,35 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Кедр 0,30 0,43 0,57 0,70 0,77 0,84 0,91 0,98 1,06 -
Сосна 0,28 0,45 0,61 0,75 0,81 0,87 0,93 0,98 1.03
Береза 0,33 0,47 0,57 0,66 0,71 0,76 0,81 0,86 0,91
178
g табл. 7-6 приводятся данные В.И. Сухих о соотношениях полноты
сомкнутости полога в модальных сосновых древостоях Нижегород-
ской области различного возраста, произрастающих в типе леса сосняк
2никово-брусничный.
Таблица 7.6
Соотношения между сомкнутостью полога и полнотой в сосновых насаждениях
различного возраста (С.м.бр) в Приветлужье
Показатели Возраст, лет
30 40 50 60 70 80 90 100
''Модальных насаждений при средней Р= 0.86 0,89 0,75 0,67 0,62 0,58 0,55 0,53 0,51
"условная Л при полноте 1.0 1,0 0,89 0,78 0,72 0,67 0,64 0,61 0,59
Величина просветов в пологе при Р=1, в % - 11 22 28 33 36 39 41
Величина просветов в пологе и разница в показателях полноты и
сомкнутости полога зависят от целого ряда факторов: состава, возраста,
условий местопроизрастания насаждений. Например, увеличение в со-
ставе сосновых и еловых насаждений доли осины повышает сомкну-
тость полога. Повышается сомкнутость полога и в благоприятных усло-
виях местопроизрастания. В низкобонитетных насаждениях, наоборот,
сомкнутость существенно ниже полноты. Эти особенности должны учи-
тываться при определении полноты насаждений по материалам аэро-
космических съемок.
7.3. Множественные связи между таксационными
и дешифровочными показателями
Между таксационно-дешифровочными показателями, характери-
зующими древостой и его полог, существуют не только парные, но и
множественные зависимости, например, между диаметром на высоте
груди, высотой и полнотой - du=f(h,P) или диаметром на высоте груди,
высотой, диаметром крон и сомкнутостью, классом бонитета -
^/з = f(h, Dk ,Р5, кл. бонитета), которые моделируются с помощью раз-
личных корреляционных уравнений или выражаются в виде графиков,
номограмм, таблиц, в том числе хода роста, дополненных дешифровоч-
ными показателями (h, Dk ,Ps,lh hDk> hOk).
Установлено, что средний диаметр на высоте груди и сумма площа-
дей сечения древостоя зависят от средних высоты, сомкнутости полога
L Олн°ты), количества деревьев на 1 га, длины кроны, возраста, класса
нитета. Видовая высота зависит от d^, Р и 1к. Зависимости высоты от
зраста, процента выхода деловой древесины и текущего прироста от
Угих факторов являются региональными. Рис. 7.12 иллюстрирует (по
179
данным В.И. Сухих) зависимость между некоторыми таксационным
дешифровочными показателями.
и
Рис. 7.12. Зависимость между таксационными и дешифровочными показателями в сосно-
вых насаждениях Северного Урала: слева - между высотой, диаметром на высоте груди
диаметром крон и возрастом; справа - высотой, диаметром на высоте груди и классом
бонитета
В качестве примера в табл.7.7 приводятся уравнения взаимосвязей
между djj, ИиР древостоев некоторых лесообразующих пород Сибири,
составленные И.М. Данилиным.
Таблица 7.7
Зависимости между средними диаметрами, высотами и полнотами древостоев
основных лесообразующих пород Сибири*
Порода Класс бонитета Уравнение связи n F S о
Кедр III d, .3=3,270+1,772 h-0,003 h2- -^.dSSP+l.lS?!»2 0.96 16.96 6.38 2.52
IV d|j=l,335+l,982 h-0,011 h2- -7.299P-1.031P2 0.96 16.23 6.85 2.62
Сосна 11 d u=4,791+0,749 h+ +0,022 hCD2-4,6l6P-l,353P2 0.97 17.14 4.33 2.08
111 du=6,843+0,556 h+ +0,026 h2-7,475P+l,169P2 0.97 18.46 4.64 2.15
IV di.3=5,419+0,744 h+ +0,025 h 2-5,050P+0,086P2 0.98 12.15 3.72 1.93
Лист- венни- ца 111 du=8,799+0,109 h+ +0,049 h2-10,685P+I.062P2 0.97 16.94 5.91 2.43
IV di j=9,917+0,219 h + +0,046 h2-!3,338P+3,270P2 0.97 16.80 6.24 2.50
Береза МП dij=3,949+0,546 h+ +0,022 h2-2,674P-0,903P2 0.96 16.23 6.89 2.62 —
Осина МП d u=15,464-0,811 h+ +0,054 h2+9.000P-10,272P2 0.98 21.87 3.83 1.96
♦ di.j - средний диаметр древостоя; h - средняя высота древостоя; Р-относительн
полнота; rj - множественное корреляционное отношение; F- критерий Фишера; 5 - °
точная дисперсия; ст- средняя квадратическая ошибка уравнения.
180
Проведенный анализ значимости различных показателей, входящих
в приведенные в табл.7.7 уравнения, показал, что наибольшее значение
при определении среднего диаметра на высоте груди имеет средняя вы-
сота насаждения. Влияние полноты составило 7,2 %, а производитель-
ности - 6,4. Влияние неучтенных факторов несущественно и составило
всего 3 %. При увеличении производительности насаждения и стабили-
зированных значениях высоты и полноты наблюдается некоторое
уменьшение среднего диаметра древостоя.
7.4. Методы изучения таксационно-дешифровочных показателей
насаждений
При наземных работах все таксационные характеристики насажде-
ния определяют на основе его натурного осмотра и проведения изме-
рительно-перечислительной или глазомерной его таксации. На аэро-
снимках получают изображение не всего насаждения, а лишь его поло-
га. Но в то же время основные таксационные показатели (истинный со-
став, средняя высота и диаметр деревьев, полнота и др.) могут быть оп-
ределены по аэроснимкам крупных и средних масштабов на основе су-
ществующих закономерных связей между ними и таксационно-
дешифровочными показателями, характеризующими полог насаждения.
Основные таксационно-дешифровочные показатели - это дешифро-
вочный состав, диаметр кроны, высота до наибольшей ширины кроны,
длина кроны, сомкнутость полога. К числу дополнительных, имеющих
важное значение показателей (признаков), можно отнести морфологи-
ческие особенности и форму крон деревьев различных пород и разного
возраста, цвет или тон их изображения, тени собственные и падающие,
структуру полога насаждений. Но чтобы перейти от таксационно-
дешифровочных показателей к таксационным, необходимо знать взаи-
мосвязи между ними.
Признаки дешифрирования и взаимосвязи между таксационными и
дешифровочными показателями изучают применительно к однородному
лесорастительному району. Для этого используют специальные коорди-
натные и таксационно-дешифровочные пробные площади, данные вы-
борочной измерительно-перечислительной таксации в наиболее харак-
Терных (типичных) выделах, крупномасштабные фотопробы, а также
Массовые данные наземной таксации по выделам.
До закладки координатных и таксационно-дешифровочных пробных
площадей и выборочной измерительно-перечислительной таксации объ-
ект Изучают по материалам прошлого лесоустройства и литературным
Аанным. При этом особое внимание уделяют выявлению представлен-
н°СТи насаждений с преобладанием различных древесных пород, разно-
181
образию их по составу, возрасту, классам бонитета, полноте, типам ле
са. Для этого составляют таблицы встречаемости насаждений, по кото'
рым устанавливают необходимое количество пробных площадей и ти
пичных выделов (см. раздел 11.2)
Координатные пробные площади. Закладывают при научно-исследовательских па
ботах с целью детального изучения таксационных и дешифровочных показателей насаж
дений и их динамики. Они закладываются в древостоях разного возраста одного естест
венного ряда в однородных по таксационной характеристике выделах. На пробной пло-
щади должно быть не менее 200-250 деревьев основного элемента леса, она должна быть
заметна на аэроснимках и расположена ближе к их центру, среди хорошо опознаваемых
естественных или искусственных ориентиров. Отграниченные в натуре пробные площади
привязывают к ближайшим просекам, визирам и другим ясно заметным ориентирам. В
случаях, когда аэрофотосъемка до начала работ не произведена, по углам пробы жела-
тельна разрубка опознавательных знаков, заметных на аэроснимках, а вдоль граничных
линий рубка ряда деревьев с целью разреживания полога, чтобы были видны границы
пробной площади на аэроснимках. Если кроны таких деревьев заходят на пробные площа-
ди, их не следует рубить или необходимо заранее измерить все их показатели.
Пробную площадь в зависимости от возраста древостоев и среднего расстояния меж-
ду деревьями разбивают на площадки размерами 5x5 м (I- III классов возраста) или 10x10
м (в насаждениях старших возрастов). По углам площадок ставят колышки размером 40-
50 см с номерами площадок. Затем нумеруют все деревья и определяют координаты их и
пней промером между колышками по двум взаимно перпендикулярным направлениям;
определяют местоположение деревьев, которые находятся вне границ пробы, но кроны,
которых хотя бы частично входят в нее. Местоположение деревьев определяют и методом
засечек с помощью угломерных инструментов. Одновременно измеряют диаметры де-
ревьев на высоте 1,3 м и диаметры их крон. Деревья и проекции их крон наносят на план
(на миллиметровке) в масштабе 1: 100 или 1:200.
Проекции (диаметры) крон измеряют вертикальным визированием по направлениям
С-Ю, СВ-ЮЗ, В-3, ЮВ-СЗ с использованием крономера или шеста (рис. 7.13,7.14).
Рис. 7.13. Измерение диаметра кроны дерева
182
Рис 7.14. Измерение сомкнутости полога крономером
В натуре на основе визуального осмотра проверяют правильность положения и нане-
сения на план проекций крон и вносят необходимые поправки в их конфигурацию. Высо-
томером измеряют у всех деревьев высоту, высоты до наибольшей ширины и окончания
крон с подразделением деревьев по поколениям и ярусам.
У каждого дерева учитывают характерные особенности: густоту крон по трем катего-
риям (густая, средней густоты, редкая), наличие признаков усыхания, повреждении, забо-
леваний и пр.; определяют форму кроны при осмотре сбоку и снизу по классификации
Г.Г. Самойловича с необходимыми дополнениями. На пробной площади учитывают под-
рост, подлесок, изучают покров и почву.
В камеральном периоде по планам проекции полога вычисляют площади крон и пере-
крытий между ними. Эти данные требуются для определения степени сомкнутости поло-
га. По плану проекций полога с 5- или 10-метровыми клетками вычисляют площади, заня-
тые кронами, и количество деревьев на них, определяют сомкнутость полога и густоту
деревьев и коэффициенты их изменчивости.
Методом математической статистики устанавливают связи между показателями поло-
га и таксационными характеристиками насаждений. Составляют профили древостоев
(профильные диаграммы) в масштабах 1:100, 1:200 и мельче для получения данных о
вертикальной сомкнутости и объеме полога древостоя, определения границ полога по
ярусам. Вдоль профильных линий на диаграммы наносят деревья, кроны которых лежат
вдоль них или соприкасаются с ними своими кронами. Ширина полосы на диаграмме
примерно должна равняться двукратной средней ширине крон деревьев данного древо-
стоя. После раскраски деревьев разных пород профили очень наглядны для суждения о
структуре древостоев.
Таксационно-дешифровочные пробные площади занимают про-
межуточное положение между координатными и таксационными трени-
ровочными пробными площадями. Отличаются от последних тем, что
На них более детально изучаются показатели, характеризующие полог
НасаЖдения и особенности изображения его на аэрофотоснимках. За-
гадываются они в соответствии с действующим ОСТом «Пробные
площади лесоустроительные. Методы закладки».
183
При перечете деревьев по ступеням толщины отдельно учитывают
деревья, находящиеся в верхней части полога, а также видимые в мо
мент аэрофотосъемки и получившие изображение на аэрофотоснимках
У 15-25 учетных деревьев, выбранных методом пропорционального
представительства, измеряют Dk, высоту до наибольшей ширины крон
hDk и до окончания крон hok. По данным замеров учетных деревьев стро-
ят графики зависимости J/j от DK\ h от D*,; от A; h от hDk и h от hOk-
затем находят средние A, J/ j, Dk, hOk, hDk, I*.
На таксационно-дешифровочных пробных площадях выборочно-
статистическим методом определяют сомкнутость полога и дешифро-
вочный состав, заполняют карточку анализа признаков дешифрирова-
ния, в которой отмечают особенности строения полога насаждения -
форму, размеры, густоту крон отдельных древесных пород, их участие в
формировании полога и в его горизонтальной проекции, структуру изо-
бражения на аэрофотоснимках, тон (цвет) изображения крон состав-
ляющих пород. По данным карточек составляют таблицы признаков
дешифрирования разных групп насаждений, которые используют при
камеральном лесотаксационном дешифрировании.
Результаты измерений на пробной площади используют для по-
строения графиков (уравнений, номограмм) взаимосвязей между такса-
ционными и дешифровочными показателями, плана горизонтальной
проекции полога насаждения, его профильной диаграммы.
Типичные выделы. При подготовительных работах в процессе тре-
нировки и выполнения наземной таксации по ходовым линиям подби-
рают выделы с насаждениями, наиболее типичными (по таксационной
характеристике) для данного объекта. Таксационную характеристику
насаждений в типичных выделах устанавливают по данным выборочной
измерительно-перечислительной таксации закладкой круговых пробных
площадок постоянного радиуса. Величина радиуса площадок в разных
выделах колеблется от 9,8 до 17,8 м в зависимости от полноты и средне-
го диаметра древостоя. Число круговых площадок должно обеспечивать
общий объем выборки на выделе не менее 200 деревьев основного эле-
мента леса; в среднем закладывают 10-17 площадок в зависимости от их
радиуса и площади выдела. Перечетные площадки размещают по выде-
лу равномерно статистическим способом по сетке квадратов или в шах-
матном порядке. На каждой круговой площадке измеряют у средних
деревьев таксационно-дешифровочные показатели и определяют точеч-
ным (статистическим) способом сомкнутость полога. Данные перечета
деревьев в каждом выделе обрабатывают принятыми в таксации спосо-
бами.
184
В типичных выделах анализируют факторы, влияющие на характер
фотоизображения насаждений, и сравнивают характеристики, получен-
ные по данным камерального дешифрирования, с данными наземной
перечислительной таксации.
Крупномасштабные фотопробы применяют для целей дешифриро-
вания, в том числе и для изучения показателей полога и установления
их взаимосвязей с таксационными характеристиками насаждений. Фо-
топробы получают фотографированием характерных участков леса с
вертолетов или легкомоторных самолетов. Съемку производят в мас-
штабах 1:500-1:2000 (разрешение 5-20 см). При стереоскопическом рас-
смотрении сверхкрупномасштабных аэроснимков с применением сте-
реоприборов с 2-4-кратным увеличением измеряют hd, DK, lK, hDk> hok . В
отдельных случаях по аэроснимкам масштабов 1:200—1:500 (разреше-
ние 2-5 см) можно измерить и диаметр деревьев на высоте 1,3 м.
По сверхкрупномасштабным аэроснимкам высота измеряется с точностью ±5 %, диа-
метр крон ±5-7, длина крон ±7-10, высота до наибольшей ширины крон ±10 %, т. е. прак-
тически с такой же точностью, как и в натуре; затраты труда на замеры таксационно-
дешифровочных показателей в расчете на одну пробу сокращаются в 1,5-2 раза, работы
выполняют в лаборатории. По данным Д.М. Киреева (1963) на аэроснимках масштабов
1:2000-1: 5000 при измерении высоты деревьев сосны, ели, пихты, кедра, березы, осины и
сухостоя могут быть среднеквадратические ошибки 0,4-1,1 м (1,3-5,1 %), ошибки средней
высоты древостоев 0,6-1,5 м (2,9-7,2 %). Несколько ниже точность измерения деревьев с
редкой и острой конусовидной кроной.
По материалам всех таксационно-дешифровочных пробных площа-
дей и типичных выделов устанавливают корреляционные зависимости
между таксационными и дешифровочными показателями (средними
диаметрами деревьев и их высотами, числом видимых и невидимых на
аэрофотоснимках деревьев, составом фактическим и дешифровочным,
средними диаметрами деревьев и крон, относительной полнотой и сте-
пенью сомкнутости полога); выявляют модальные соотношения средней
высоты преобладающей и составляющих пород в смешанных древосто-
ях; устанавливают множественные корреляционные зависимости типа
^i/з =f(h, Дь Pst A, N) и др. Зависимости между таксационными и де-
шифровочными показателями выявляют с помощью ЭВМ (в полевых
условиях выравнивают графически) и полученные данные сводят в таб-
лицы. Точность дешифровочных таблиц проверяют в натуре на выделах
с выборочной измерительно-перечислительной таксацией.
7.5. Способы определения сомкнутости полога насаждений
В натуре сомкнутость полога можно определять различными спосо-
и^и. Основные из них: сплошной натурный обмер проекций крон, по
185
точечным отметкам, линейный - по относительной протяженности про-
екций крон и просветов между ними.
При сплошном обмере проекции крон замеряют непосредственно в
лесу и зарисовывают на плане из миллиметровой бумаги; затем на ком-
пьютере или с помощью планиметра вычисляют их площади. Сумма
площадей проекций крон всех деревьев, участвующих в образовании
полога насаждения, больше сомкнутости полога; эта зависимость может
быть выражена формулой:
P^fZSj-ZS^/10000,
где Л - сомкнутость полога; ZS1 и ZS2 - соответственно суммы пло-
щадей проекций крон всех деревьев на пробной площади и крон, нахо-
дящихся под кронами смежных деревьев, м2.
При определении сомкнутости полога необходимо учитывать, что
часть крон деревьев на пробной площади выходит за ее пределы, а ка-
кая-то часть крон деревьев, находящихся вне пробной площади, участ-
вует в образовании полога на ней. С учетом этого формула примет вид:
Л = (23/+ ZS2- ZS3+ ZS4) /10000,
где ZS3 - площадь части крон деревьев, находящихся на пробной
площади, но не участвующих в образовании полога на ней; ZS4 - пло-
щадь части крон деревьев, находящихся вне пробной площади, но уча-
ствующих в образовании полога на ней.
Сомкнутость насаждений, определенная только по деревьям, нахо-
дящимся на пробной площади, может отличаться от фактической на
значительную величину.
Сплошной обмер проекций крон дает более точный результат, чем
другие методы. Этот способ из-за большой трудоемкости применяют
лишь при исследовательских работах.
Сомкнутость полога по данным сплошного обмера проекций крон
может быть определена и по аэроснимкам крупных масштабов (1:10 000
и крупнее). По снимкам, максимально увеличенным на экране компью-
тера, опознают границы пробных площадей или выделов и их автомати-
чески оконтуривают проекции крон деревьев, а затем вычисляют их
площадь. Этот способ является оперативным и менее трудоемким. К
тому же большая часть работ из леса переносится в лабораторию.
Для определения сомкнутости полога по относительной протяжен-
ности проекций крон и промежутков между ними в однородных такса-
ционных участках закладывают две-три взаимно перпендикулярных
прямых линии. Крономером (или визированием с помощью отвеса, вехи
длиной 3-4 м) и мерной лентой измеряют протяженность проекции
крон, закрывающих эти линии, и промежутков между кронами. Сумма
186
длин линий, занятая проекциями крон и выраженная в процентах от об-
щей длины линий, дает сомкнутость полога, которую затем можно вы-
разить в долях единицы. Число прямых линий, необходимых для изме-
рения сомкнутости полога с заданной точностью, вычисляют по фор-
муле:
5П=—
4А
где Sn - количество прямых линии протяженностью 20 м; W - ко-
эффициент вариации сомкнутости; t - желаемая надежность (нормиро-
ванное отклонение); А - заданная точность.
Широкое применение нашел способ определения сомкнутости поло-
га методом точечных отметок. В пределах пробной площади или такса-
ционного выдела статистическим путем размещают сеть точек и закре-
пляют их кольями. На пробных площадях колья ставят, как правило, по
углам сетки квадратов со сторонами 5x5 или 10x10 м или вдоль ходовых
взаимно перпендикулярных линий через равные промежутки(5 или 10
м). Количество точек устанавливают в зависимости от требуемой точ-
ности определения сомкнутости с учетом ее варьирования. Как правило,
их количество не должно быть менее 200. Подсчитывается количество
точек, закрытых кронами и находящихся в промежутках между ними.
Визирование на крону выполняют с помощью крономера или шеста
длиной 3-5 м.
Линейный и точечный способы наиболее простые и требуют небольших затрат вре-
мени и в то же время дают вполне удовлетворительные результаты. Точность их может
быть повышена при увеличении объема выборки. Все перечисленные способы могут быть
применены и в камеральных условиях при определении сомкнутости полога по аэросним-
кам крупных масштабов автоматизированными или инструментальными методами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 • Полог древостоя, формы крон деревьев, составляющих полог, показа-
тели, характеризующие полог древостоя и форму крон деревьев.
2. Влияние освещенности, рельефа, места положения деревьев на снимке
на их изображение.
3- Горизонтальная проекция крон деревьев, сомкнутость полога, полнота
Древостоя.
4- Закономерности структуры полога древостоя, взаимосвязи между так-
^ионными и дешифровочными показателями.
5- Методы изучения таксационно-дешифровочных показателей на проб-
Hbix площадях.
187
ГЛАВА 8. ДЕШИФРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ И МЕТОДОЛОГИЯ
ЛЕСНОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ АЭРОФОТОСНИМКОВ
8.1. Дешифровочные признаки насаждений*
Сосновые насаждения (рис.8.1,а). Формы проекций крон в централь-
ной части аэрофотоснимков округлые, по краям овальные, напоминаю-
щие вид сбоку. Собственная тень на кроне в форме полумесяца. Кроны
сосны в спелом возрасте при рассмотрении в стереоскоп кажутся вы-
пуклыми и значительно приподнятыми над земной поверхностью, в пе-
рестойном - зонтикообразными. В возрасте 40-60 лет кроны более ост-
рые, выпуклость незаметна, а в молодняках совсем не выражена. По-
верхность полога ровная, особенно при значительной сомкнутости. На
аэрофотоснимках масштабов 1:10000 - 1:15000 при средней полноте
насаждение просматривается почти везде до земной поверхности. Тени
хорошо передают форму крон.
Цвет крон на цветных - спектрозональных аэрофотоснимках зеленый,
светло-зеленый, реже сине-зеленый, в молодняках и средневозрастных
насаждениях с коричневым оттенком. Промежутки между кронами тем-
но-синего цвета. С освещенной солнцем стороны на кроне заметен бо-
лее светлый ободок. Тон крон на панхроматических снимках светлый,
тени от них темновато-серые.
Примесь ели к сосне на цветных аэрофотоснимках заметна по нали-
чию мелких крон темно- и сине-зеленого цвета, плотных теней темно-
синего цвета в остроугольных разрывах полога насаждений. На панхро-
матических аэрофотоснимках общий тон изображения смешанного со-
сново-елового насаждения темнее, чем чистого соснового.
Примесь лиственных пород по цветным спектрозональным аэрофото-
снимках хорошо отличается от сосны по желто-оранжевому цвету, а на
летних инфрахроматических - по тону. Например, береза и осина изо-
бражаются светло-серым или почти белым тоном. На панхроматических
снимках примесь лиственных пород можно уверенно отличить, только
если древесные породы существенно различаются формой крон, высо-
той и др. Осина, расположенная куртинами, хорошо выделяется на АФС
по более плотным проекциям крон и более светлому их тону. В старо-
возрастных насаждениях ее кроны шире крон сосны. Единичная при-
месь осины к сосне распознается по более округлым, шаровидным кро-
нам, чем у березы и сосны. Разницу между сосной и березой легче уста-
новить в краевой части снимков при наклонном их изображении.
* Применительно к аэрофотоснимкам масштабов 1:10000 - 1:15000.
188
5
Рис.8.1. Вид древостоев и иображени проекций крон: а - сосновый,
б еловый древостои
189
Еловые и пихтовые насаждения (рис.8.1,6) имеют узкие кроны
конусовидными вершинами, хорошо заметные в краевой части аэрофо
тоснимков. Форма проекций крон у ели звездчатая (заметно только на
крупномасштабных снимках), у пихты округлая. В центральной части
аэрофотоснимков наиболее резко выражена разница в тонах между ос-
вещенными и затененными сторонами крон - затененная часть по форме
напоминает треугольник. Под стереоскопом в еловых насаждениях от-
четливо заметны резкие различия в высоте деревьев, наличие глубоких
провалов и разрывов в пологе; просматриваемость в глубину плохая*
проекции крон имеют различную величину (мелкие проекции в 4-5 раз
меньше крупных). Спелые еловые насаждения отличаются от пихтовых
формой тени. У пихты тень более остроконечная, чем у ели, и имеет вид
узкого вытянутого конуса. На цветных спектрозональных аэрофото-
снимках кроны ели и пихты получаются темно- или сине-зелеными,
зелеными. Затененная часть крон обычно темно-синяя.
Примесь сосны распознается по более светлому цвету или тону изо-
бражения, менее плотным теням и формам крон и по высокой припод-
нятости крон. Лиственные породы хорошо заметны по желто-
оранжевому цвету. На панхроматических аэрофотоснимках примесь
осины определяется по крупным кронам наиболее светлого тона и по
групповому расположению. Береза выделяется серым тоном крон, кото-
рые в старом насаждении опускаются ниже и заметно глубже входят в
полог, чем кроны сосны. Резкая приподнятость и оторванность от зем-
ной поверхности, характерные для сосны, у березы отсутствуют. В
смешанных одновозрастных насаждениях из ели, осины, березы и сосны
на аэрофотоснимках размер крон у ели меньше, а у осины больше, чем у
березы и сосны.
Кедровые насаждения в молодом возрасте имеют конусовидные
формы кроны, в возрасте 30-50 лет они приобретают форму вытянутого
параболоида; в приспевающем насаждении крона становится более ши-
рокой и плоской, напоминает цилиндр, однако слабая заостренность
вершины сохраняется до 150 лет. К 200 годам крона часто становится
многовершинной, притупленной и неправильной конфигурации; позд-
нее она редеет, появляется суховершинность. На форму крон сущест-
венно влияют полнота и условия местопроизрастания. Протяженность
крон в среднем достигает половины высоты дерева. Размеры их изме-
няются в пределах 1:2.
На цветных спектрозональных аэрофотоснимках общий рисунок по-
лога состоит из равномерно располагающихся крон зеленого цвета со
слабым синеватым оттенком. На панхроматических снимках кроны
190
светло-серого тона, а промежутки между ними темно-серые или темные,
разновысотность наблюдается только у перестойных древостоев. Пере-
ход от освещенных частей крон к затененным постепенный. Это создает
в средней части снимка впечатление некоторой выпуклости. Преобла-
дают округлые формы. В краевых частях снимков наклонные стороны
крон хорошо передают притупленные цилиндрические или вытянуто-
эллипсовидные формы, а там, где изображены затененные кроны, хо-
рошо заметен огибающий их низко опущенный светлый ободок.
Примесь ели и пихты различают по формам крон, их темному цвету и
тону, а также по более темным остроконечным промежуткам между
кронами, нарушающими однообразный вид кедровника. Сосна отлича-
ется по выпуклым кронам и более светлому их цвету (тону). Примесь
лиственных пород (березы и осины) на цветных спектрозональных аэ-
рофотоснимках выделяется по оранжевому цвету, а на панхроматиче-
ских - более светлым их тоном и специфическими характеристиками
крон.
Лиственничные насаждения отличаются в спелом возрасте преоб-
ладанием неправильно параболоидных и эллипсовидных, а в молодом
возрасте - конусовидных форм крон. С возрастом кроны становятся бо-
лее изреженными, вершины их - округлыми и плоскими. Формы проек-
ций крон в центре АФС звездчатые, несимметричные, неправильно ок-
руглые. Переход от освещенной стороны кроны к затененной нерезкий.
В краевых частях аэрофотоснимков лиственница выделяется редкой
кроной. На летних черно-белых снимках она светло-серого тона, про-
межутки между кронами темно-серого тона.
На цветных спектрозональных снимках цвет крон лиственницы свет-
ло- или темно-оранжевый, на изготовленных с аэропленки СН-23 -
светло-зеленый, желтоватый.
Размеры проекций крон, видимых в пологе насаждений, колеблются
незначительно (1:2, реже 1:3), но больше, чем в сосновых и березовых
насаждениях. Характер расположения их в пологе более групповой и
менее равномерный, чем в сосняках. Примесь других пород различается
по комплексу присущих им признаков и тону или цвету.
Березовые насаждения отличаются пологом в виде однообразных,
округлой формы крон обычно со значительной сомкнутостью. На лет-
них панхроматических аэрофотоснимках по признакам дешифрирова-
ния они сходны с сосновыми насаждениями, что обуславливается сход-
ством формы крон и спектральных яркостей в видимой области спектра.
Римесь сосны к березе увеличивает просматриваемость насаждения в
Шубину вследствие взвешенности крон. В возрасте 30-40 лет на сним-
191
ках заметна обособленность крон, выпуклость выражена слабо, в 40-50
лет заметно различие между проекциями крон. В 60 лет их отношение
1:2, реже 1:3, выпуклость крон более выражена. В старых насаждениях
кроны березы менее выпуклы, более плоски и развесисты, чем у сосны
(рис. 8.2).
На спектрозональных снимках цвет крон светлый желто-оранжевый-
на черно-белых - светло-серый, переход от освещенных сторон к зате-
ненным постепенный, нерезкий. Затененная часть кроны занимает не
более 1/3 общей ширины. Поверхность полога березовых насаждений
ровная, просматриваемость в глубину полога в сомкнутых насаждениях
выражена слабо. На цветных спектрозональных АФС примесь хвойных
пород хорошо заметна по зеленому цвету.
Осиновые насаждения отличаются преобладающим в верхнем поло-
ге молодых насаждений острых, в средневозрастных - параболоидных
или эллипсовидных, в спелых - округлых, полушаровидных или шаро-
видных форм крон. В перестойных осинниках чаще с плоскими верши-
нами. Сомкнутость полога значительная во всех возрастах. Размеры
крон в видимом на аэрофотоснимке пологе почти одинаковы и изменя-
ются в пределах 1:1,5 или 1:2. Кроны у спелой осины не имеют на аэро-
фотоснимках резко выраженной затененной стороны. Под стереоскопом
кроны осины кажутся оторванными от земли. Этим они отличаются от
крон березы (рис.8.2).
Рис. 8.2. Смешанное насаждение и изображение его на аэрофотоснимке
На спектрозональных аэрофотоснимках кроны осины оранжевые или кра°
но-оранжевые. Они в большей степени насыщены оранжевыми тонами, 4
192
оны березы; молодняки и средневозрастные насаждения более свсг-
ль1Х тонов. На черно-белых снимках кроны осины, как и березы, имеют
кие светло-серые или почти белые тона.
Дубовые насаждения отличаются сильной зависимостью форм крон
оТ состава древостоя и условий местопроизрастания. В спелых дубравах
проекции крон на цветных спектрозональных аэрофотоснимках узорча-
той формы с тупой вершиной оранжево-бурого или коричневато-бурого
цвета. На панхроматических снимках - серого тона с мелкими проме-
жутками темно-серого; при ранней летней аэросъемке тон крон светлее,
чем у березы.
Липовые насаждения в молодом возрасте (до 20 лет) характеризу-
ются преобладанием крон в виде вытянутого кверху эллипса, в средне-
возрастных и приспевающих древостоях - круглыми обратнояйцевид-
ными, полушаровидными, в спелых и порослевых - плоскими. Размеры
крон различны и колеблются в пологе в пределах 1:3.
На аэрофотоснимках формы крон отдельных деревьев округлые, соб-
ственная тень на кронах незначительна. Кроны неясно выпуклые, в
группах слитные, плоские. Промежутки между ними неодинаковы по
величине. Деревья разной высоты размещены группами. Просматривае-
мость насаждений в глубину плохая. Общий вид насаждения характери-
зуется кронами различной формы и размеров светло-серого и серого
тонов на панхроматических и оранжевого цвета на цветных спектрозо-
нальных снимках.
Черноольховые насаждения имеют в спелом возрасте: у отдельно
стоящих деревьев формы крон обратнояйцевидные, эллипсовидные, при
гнездовом расположении формы кроны в верхней части плоские. На
аэрофотоснимках кроны отдельных деревьев неправильной округлой
формы, слегка выпуклые. На цветных спектрозональных аэрофото-
снимках их изображения оранжево-красные, даже более насыщенные,
чем у осины и березы, на панхроматических - светло-серые, а проме-
жутки темно-серые или черные. В табл. 8.1 приводятся обобщенные
Дешифровочные характеристики насаждений.
^ет, тон, формы крон и структура полога насаждений могут сильно
ВаРьировать. Поэтому необходимо тщательное изучение особенностей
Дешифровочных признаков насаждений для конкретных лесораститель-
НЫх Условий и типов аэросъемочных материалов, так как они могут от-
даться от вышеприведенных.
193
Таблица 8.1
Дешифровочные признаки крон деревьев*
Порода Тон крон на черно-белых АФС Цвет на спектрозо- нальных АФС Протяженность крон, густота Варьиро- вание Dk Вид крон в пологе Форма крон Форма проекций крон Собственная тень на кроне
Сосна Светло-серые. Тени от крон - темновато- серые Зелёный - светло- зеленый, (сине- зеленый) 1/3-1/5, ср. густоты 1:3 Выпуклые, высо- коприподнятые Параболоидная, сфероидальная, реже конусовидная Округлые Полумесяц
Ель (Пихта) Светло-серые и серые, промежутки черные Темно-зеленый, сине-зеленый, зеленый 1/2 - 3/4, густые 1:4(5) Узкие конусовид- ные, опущенные Конусо - и эллипсо- видные с острой вершиной Округлые (звездчатые) Треугольник
Кедр Светло-серые, промежутки темно- серые или темные Зеленый с синева- тым опенком 1/2 и более, густые 1:2 Притупленные неправильные Почти цилиндрич. с расширен, кверху или вытянут эллипс Округлые Нерезкая
Лиственни- ца Яркие, светло-серые, промежутки темно- серые Светлый или темно- оранжевый 1/2, редкие 1:2(1:3) Выпуклые, при- поднятые Неправильно парабо- лоид. или эллипс Неправильно округлые, звездчатые Нерезкая
Береза Светло-серый с мелкими темновато- серыми промежут- ками Желто-оранжевый До 1/3-1Z2, больше сосны ш 20%, густые 1:2 (1:3) Выпуклые, при- поднятые, округ- лые Яйцевидные, парабо- лоидные или полу- шаровидные Округлые Затененная часть до 1/3, переход постепенный
Осина Светлый, почти белый, промежутки темно-серые Оранжевый и красно-оранжевый До 1/3-1:4, средняя 1:1,5 (2) Выпуклые, высоко приподнятые. Округлые, полуша- ров. и шаров., в перестойных с плоскими вершинам» Округлые, неровные Нет резко выраженной затененной стороны
Дуб От серого до темно- серого, промежутки темно-серые Оранжево-бурый, коричневый 1/2-2/3, средней густоты 1:1(2) Плоские или слабо выпуклые Узорчатые, раскиди- стые Неправильные или узорчатые Незначи- тельна
Липа Серый и светло- серый, промежутки темные Оранжевый 1/2, густые 1:3 Выпуклость крон слабая, плоские Круглая, обратнояй- цевид., полушар., плоская Округлые, зубчатые Незначи- тельна
Ольха черная Светло-серые, промеж, темно-серые или черные Оранжево-красный 1/2, ср. густоты 1:2 Выпуклость крон слабая, плоские Обратнояйцевид. эллипсовидные Неправильно округлые Незначи- тельна
1) Характеристики приведены для спелых насаждений. 2) Форма проекций крон - для центральной части АФС.
8.2. Дешифровочные признаки не покрытых лесом
и нелесных земель
Сплошные вырубки опознают на снимках по геометрическим кон-
цам площадей, наличию семенников, трелевочных волоков и другим
признакам, характерным для лесозаготовительного процесса. Тон их
изображения на панхроматических аэрофотоснимках (АФС) светло-
серый, на спектрозональных - светлый сине-зеленый.
Состав возобновления вырубок на цветных спектрозональных АФС
определяют по цвету. Хвойные породы изображаются зеленым цветом,
лиственные - оранжево-красным. Однако АФС не обеспечивают досто-
верность дешифрирования состояния возобновления, так как при не-
большой его высоте и малой сомкнутости травостой можно принять за
возобновление хвойными породами и наоборот.
Гари на цветных спектрозональных АФС изображаются разным цве-
том - от синеватого до оранжевого, в зависимости от характера остав-
шегося древостоя и травяного покрова. Границы гарей неровные, резко
изорванные. Сухостой на спектрозональных АФС имеет преимущест-
венно ярко-синий или зеленовато-синий цвет (по цвету он надежно де-
шифрируется и в насаждении). На панхроматических снимках гари
имеют светлый тон.
Прогалины (задерневшие вырубки, гари, погибшие насаждения) на
цветных спектрозональных АФС могут иметь разный цвет в зависимо-
сти от характера и мощности травяного покрова. Тон их на черно-белых
снимках ровный, серый. Они имеют неправильную форму и по своему
изображению сходны с сенокосами, особенно суходольными, располо-
женными вдали от берегов рек и ручьев, если на последних нет стогов
сена.
Редины отличаются от насаждений по полноте: древостои с полнотой
0,3 и выше относят к насаждениям, а с полнотой 0,1-0,2 - к рединам.
Ветровалы дешифрируются по характерному (полосчатому) рисунку,
создаваемому поваленными в одном направлении деревьями. На круп-
номасштабных АФС хорошо видны стволы лежащих на земле деревьев,
может быть измерена их длина.
Болота определяют по характеру изображения. Низинные болота при
отсутствии древесной растительности на черно-белых АФС изобража-
ется однообразным темно-серым тоном без выраженного рисунка, на
спектрозональных - светло-оранжевым цветом. Древесная раститель-
н°сть имеет вид разбросанных по общему фону пятен, цвет которых
Завнсит от породы. Верховые болота имеют своеобразный рисунок, со-
^оящий из чередующихся извилистых полосок светло-серого и серого
195
тонов на панхроматических АФС, светло-оранжевого и светло-зеленог
цветов - на спектрозональных. Изображения сильно увлажненных п °
ходных болот сходны с изображением низинных; на них обычно замет
ны темные пятна, мочажины. Цвет изображения переходных болот об
словлен цветом изображения древесной растительности и напочвенног
покрова. Как правило, у переходного болота он более интенсивен, чем
верхового. При дешифрировании типов болот учитывают характер др/
весной растительности и рельеф.
Сенокосы определяют по форме, тону (цвету). Приурочены к рекам
ручьям, понижениям. На цветных спектрозональных АФС цвет их при
скошенной траве светло-зеленый, при наличии травы - светло-
оранжевый или салатный. Тон на черно-белых снимках серый различ-
ных оттенков, ровный. Часто на сенокосах заметны стога или копны
сена. По своим прямым дешифровочным признакам они близки к про-
галинам и выгонам.
Выгоны имеют неопределенную форму, тяготеют к населенным
пунктам. На цветных спектрозональных снимках цвет их светло-
зеленый, реже светло-оранжевый или салатный. На черно-белых сним-
ках тон изображения их серый.
Пашни имеют правильную геометрическую форму, однородную
структуру изображения, приурочены к населенным пунктам, дорогам.
На спектрозональных снимках свежевспаханная почва имеет зеленый
цвет, сельхозкультуры в зависимости от фенофазы - от светло-
оранжевого до желтого, на черно-белых - серый или светло-серый.
Гидрографические объекты (реки, озера, ручьи, пруды, каналы, ка-
навы) с высокой достоверностью дешифрируются по прямым призна-
кам - форме и цвету (тону). Реки и ручьи изображаются в виде извили-
стых лент или линий, озера и пруды имеют округлые очертания (у пру-
да заметна плотина и питающая его речка или ручей), каналы и канавы
имеют прямолинейную, а старицы - форму дуг. Цвет (тон) изображения
зависит от характера освещенности, глубины водоема, чистоты воды.
На спектрозональных снимках цвет водных объектов варьирует от тем-
но-синего до сине-зеленого, на черно-белых - от темного до светло-
серого.
Населенные пункты, коллективные садовые участки, усадьбы,
отдельные здания и сооружения практически исключают возможность
их перепутывания с другими объектами. Элементы населенного пункта,
садового коллектива - полосы застройки, приусадебные земли, улицы»
проезды - легко опознаются при камеральном, особенно стереоскопиче-
ском дешифрировании.
196
Пороги и трассы электропередач, нефтегазопроводов и других
ммуникаций по аэрофотоснимкам масштабов дешифрируются уве-
К<нно на основе прямых признаков: форме, структуре, тону (цвету)
^обряжения. Железные дороги имеют форму прямолинейной ленты
олосы, линии) с плавным и большим радиусом поворотов. Вдоль до-
поги заметны полосы отчуждения с защитными посадками, станциями,
ростами. Тон изображения светлый. Шоссейные дороги имеют более
крутые повороты, чем у железных дорог. Грунтовые дороги имеют бо-
лее извилистую форму, крутые повороты, светло - серый цвет на черно-
белых аэрофотоснимках и светло-зеленый или сине-зеленый на спек-
трозональных. В редком лесу они просматриваются сквозь кроны де-
ревьев. Трассы коммуникаций имеют прямоугольную форму в виде
лент, чаще спаренных, могут иметь резкие повороты. Тон - светло- се-
рый или серый, цвет от светло-желтого до зеленого, определяются тра-
вяным покровом, подлеском и мелколесьем, произрастающим на трассе.
Вдоль трасс нефтегазопроводов, как правило, проложены дороги.
8.3. Аналитико-измерительные методы определения таксационных
показателей насаждений по аэрофотоснимкам
Состав насаждения. Дешифрирование состава включает определение
преобладающей породы и сопутствующих древесных пород. Доля уча-
стия в составе насаждения каждой древесной породы определяется, как
правило, глазомерно, пропорционально площадям, занятым проекциями
крон соответствующих пород с учетом взаимосвязей между таксацион-
ным и дешифровочным составом (количеством видимых и невидимых в
пологе деревьев различных пород). Правильность определения состава
может проверяться по стереограмме аналогичного или близкого по со-
ставу, возрасту, полноте выдела, подобранного из фототеки стереопар
типичных выделов. В сложных насаждениях состав видимого полога
(дешифровочный состав) можно определять с помощью точечных и
Других палеток, или путем подсчета на круговых пробных площадках
числа крон разных пород и определения запаса каждого элемента леса
на основе зависимости его от видовой высоты и среднего диаметра на
высоте груди (суммы площадей сечения). В запас, установленный по
видимым на АФС деревьям, вносят поправки на запас невидимых де-
Ревьев на основе ранее установленных зависимостей между истинным и
^шифровочным составом насаждений.
Аналогично составу пород определяется степень санитарного состоя-
(усыхания) древостоев (запас сухостоя) путем определения доли
бающих и усохших деревьев в запасе.
197
Тип леса и класс бонитета дешифрируются практически одно
менно, поскольку оба этих показателя тесно связаны между собой п
свою очередь дешифрирование типа леса после определения преобла
дающей породы сводится к дешифрированию типа условий местогтп *
израстания, основными признаками которого являются ландшафты
(приуроченность к определенным типам и формам рельефа). Разнообра
зие состава древостоя чаще всего указывает на благоприятные почвен
но-гидрологические условия (например, примесь в составе хвойных
древостоев лиственных пород).
Высота деревьев и насаждений определяется на основе измерения
разности продольных параллаксов (см. раздел 6.5). В равнинных усло-
виях формула h = H -Ьр/b пригодна, когда колебания высот местности
в пределах базиса аэрофотоснимка не выходят за пределы
нт<дг^,
где hm - превышение точек местности в пределах базиса аэрофото-
съемки; Н - высота аэрофотосъемки; 8^ - точность измерения высот ,
(±1,0 м).
Допустимые колебания высот местности для применения вышеука-
занной формулы в зависимости от высоты фотографирования приведе-
ны ниже:
при высоте фотографирования 1000 м - не более 30 м,
при высоте фотографирования 2000 м - не более 44 м,
при высоте фотографирования 3000 м - не более 55 м,
при высоте фотографирования 4000 м - не более 63 м,
при высоте фотографирования 5000 м - не более 70 м.
Превышение местности обычно определяют по топографическим кар-
там масштабов 1:25000- 1:50000.
Высота деревьев (древостоя) по АФС может быть определена и упро-
щенными (приближенными) методами по формулам:
a) ha =lTtgx,
где 1-р - длина тени дерева (древостоя), м; х - угол падения солнеч-
ных лучей,град;
б) Ид=1Н1г,
где I - длина изображения дерева на снимке, мм; г - расстояние между
вершиной дерева и точкой надира, мм;
в) Ьд = hcMv 1
198
фотоснимков,
750 мм); Я-’
где А/, - глубинный (вертикальный) I = —Р - I масштаб аэро-
ро - расстояние наилучшего зрения человека (в среднем
высота аэросъемки, м; b - базис аэроснимка, мм, Ьгл- глаз-
ной базис (в среднем 65 мм); hc - высота дерева, определяемая глазо-
мерно при стереоскопическом рассматривании снимков, мм; v- увели-
чение оптической системы стереоскопа.
Точность определения высоты деревьев по аэрофотоснимкам масшта-
бов 1:10000 - 1:15000: по разности продольных параллаксов - ± 7-10 %;
длине тени - ±10-15 %; глазомерно-стереоскопическим способом -
±10-15%.
В практике лесоинвентаризационных работ при дешифрировании аэ-
рофотоснимков среднюю высоту насаждений определяют обычно или
по разности продольных параллаксов, или глазомерно-
стереоскопическим способом.
Возраст древостоев. Для определения возраста или групп возраста
древостоев используют в виде признаков размеры и форму крон деревь-
ев, среднюю высоту древостоя, величину промежутков между кронами
и степень просматриваемости насаждений в глубину, степень обособ-
ленности и длину крон, соотношение их максимальных и минимальных
диаметров и др.
Перечисленные признаки изменяются с возрастом отдельных деревь-
ев и насаждений в целом. Так, для полога молодняков I класса возраста
характерно слитное изображение крон на аэрофотоснимках масштаба
1:10000-1:15000. Отдельные кроны становятся различимыми только в
конце I - начале II классов возраста; во II-III - проекции крон воспри-
нимаются обособленно, в IV - обособленность крон более четкая, меж-
ду ними хорошо видны промежутки, площадь которых постепенно уве-
личивается.
В низкополнотных древостоях размеры крон будут несколько боль-
шими, чем в высокополнотных древостоях того же возраста.
Среднеполнотные древостои сосны и лиственницы сохраняют четкие
°чертания проекций крон до 140-160 лет, в этот период наиболее замет-
На и выпуклость крон. После 160 лет из-за уменьшения густоты очерта-
Ния проекций крон становятся менее резкими.
Аналитическое дешифрирование предполагает одновременное ис-
пользование нескольких таксационных показателей. В качестве примера
Показан фрагмент таблицы по определению возраста осинников II клас-
са бонитета (табл. 8.2).
199
Таблица 8.2
Определение возраста осиновых древостоев II класса бонитета по средним
высоте (Л) и диаметру кроны (DK)
D* м Ьф.,м "
14 16 18 20 22 24 26 28 lo"
3 31 33 35
3,5 40 42 44 46 48
4 50 52 54 56 58 60 62
4,5 59 62 64 66 68 70 72 74
5 69 71 73 75 77 79 81 83 85"
5,5 81 83 85 87 89 91 93 95"
6 93 94 96 98 100 102 104"
6,5 104 106 108 ПО 122 П4"
7 118 120 131 124
7,5 129 141 133
8 143
8,5 152
Средний диаметр насаждения на высоте 13м устанавливают на ос-
нове его зависимости от hd, т. е. dJ3 = f (hd) или взаимосвязи с hd; Dk; Ps,
и другими таксационными и дешифровочными показателями: классом
бонитета, типом леса, возрастом. Эти зависимости отображаются в виде
графиков, номограмм, таблиц, уравнений.
Относительная полнота насаждения (Р) может быть определена:
- глазомерно-стереоскопическим методом на основе анализа стерео-
модели полога насаждения с учетом приобретенных в процессе такса-
ционно-дешифровочных тренировок навыков и знаний строения насаж-
дений и взаимосвязей между таксационными и дешифровочными пока-
зателями, в частности между полнотой и сомкнутостью полога, количе-
ством деревьев на единице площади, их средним диаметром и полнотой.
Для придержки могут быть использованы стереограммы из фототеки
типичных выделов;
- через сомкнутость полога - по уравнениям, графикам, таблицам
взаимосвязи этих показателей, при этом должны учитываться возраст,
тип лесорастительных условий, состав насаждения: Р = f (А, Тл, Р» с0'
став);
- через средний диаметр и количество деревьев, определенных по
АФС: Р =/(dit3, N); на основе зависимости Р =/(Ps, Dk, I*).
В лесоустройстве основным методом определения полноты при Де
шифрировании АФС является глазомерно-стереоскопический.
Сомкнутость полога насаждения (Р5) может быть определена еле
дующими способами:
200
- глазомерно-стереоскопическим;
. точечных отметок с применением палеток (не менее 200 точек на
выдел);
- линейным - по взаимно перпендикулярным линиям (общей протя-
женностью на местности не менее 240 м), по соотношению длин линий,
занятых проекциями крон и промежутков между ними;
. по шкале (стереограмме) сомкнутости полога.
Запас лесонасаждения определяют расчетным путем после взаимной
увязки установленных при дешифрировании таксационных показателей
по подобранным или составленным для объектов таблицам (стандарт-
ным или хода роста) или номограммам (рис.8.4) с учетом состава, высо-
ты, относительной полноты (сомкнутости полога) насаждения.
О 50 ЮО 150 200 250 300 350 б 8 Ю 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Рис. 8.4. Номограмма для определения запасов сосновых насаждений по средней высоте,
диаметрам крон и сомкнутости полога (по В.И. Березину)
Товарность лесонасаждения определяется с учетом его состава, воз-
раста, типа лесорастительных условий, наличия сухостойных деревьев,
валежа, аномальных явлений.
8.4. Выбор масштаба аэрофотосъемки при лесоустройстве
В топографии при выборе масштаба аэросъемки исходят из того, что масштаб аэро-
снимка, предназначенного для дешифрирования, должен быть не мельче масштаба созда-
ваем°Й карты. Поскольку при I-Н разрядах лесоустройства масштаб лесоустроительного
планшета равен 1:10 000, а при III разряде-1:25 000, то соответственно и масштабы ис-
пользуемых при полевом или камеральном дешифрировании контактных или увеличен-
х аэроснимков не должны быть мельче их. Это их минимальный предел.
отографирование территории лесного фонда должно производиться с такой высоты и
с* еРой с таким фокусным расстоянием, при которых ошибки стереофотограмметриче-
Не ^РЭДелений по аэроснимкам высот деревьев и превышений других точек местности
^ходили бы за пределы требований лесоустроительной инструкции, а контуры и рель-
201
еф местности, если требуется его отобразить, могли бы быть изображены на карте с
робностью и точностью, соответствующими масштабу карты. Под'
Масштаб (разрешение на местности) аэросъемки должен находиться в зависимости
необходимости распознавания на аэроснимках мелких и малоконтрастных объектов с°Т
мыми мелкими объектами, который необходимо распознавать при лесотаксационно *
дешифрировании, являются кроны деревьев. Размеры их зависят от возраста (высоты!
породы, полноты (густоты), условий местопроизрастания (класса бонитета). Условно
усредненные размеры крон деревьев в насаждениях можно принять при их высоте: 5 м — 1
м; Юм- 1,5-2 м; 15 м- около 3 м; 20 м и выше - 3 - 4 м. У ели и пихты, в силу того что
низко опушенная наибольшая часть крон не выходит в верхнюю часть полога насаждений
и она не видна при виде сверху, изобразившиеся на аэроснимках кроны будут иметь сред-
ние величины меньше названных выше. С уменьшением масштаба (разрешения) умень-
шается и количество деревьев, кроны которых выходят в верхний полог и могут получить
изображение и быть опознаны на аэроснимках.
Минимальный размер изображения объекта, который должен быть на нем опознан, за-
висит не только от разрешающей способности фотографического изображения, но и от
зрительного восприятия и детали почернения. Деталь почернения (<5) равна разности оп-
тических плотностей двух рядом расположенных деталей (объектов) или деталей и фона
(D, и D,):
6 =Dt - D2.
По данным B.A. Фааса, на аэроснимках можно различать деталь размером 0,06 мм при
<5=1; 0,15 мм при 5 = 0,5 и 0,20 мм, при <5 = 0,3.
Точность наблюдения (установки измерительной марки-штриха стереоприбора) связа-
на связана с контрастом изображения и понижается по мере уменьшения детали почерне-
ния. До <5 > 0,4 штрих устанавливается уверенно и наблюдения хорошо воспроизводятся.
При <5 < 0,3 уверенность теряется и воспроизводимость понижается. Поэтому величину <5 =
0,3 можно принять за нижний предел для негативов, предназначенных для точных стерео-
наблюдений. Для простой констатации наличия объекта при благоприятных условиях
рассматривания <5 может понижаться до 0,2.
Если принять минимальное значение <5 = 0,3 для расчета масштаба, тогда минимальный
размер изображения объекта на аэроснимке будет 0,2 мм. Принимая минимальный размер
изображения крон деревьев в 2 м, получим минимальный масштаб аэрофотосъемки для
целей дешифрирования лесов Г. 10 000. Если минимальный размер дешифрируемых объ-
ектов больше, то соответственно может быть и уменьшен масштаб аэрофотосъемки. По-
скольку при увеличении аэроснимков или при рассматривании негативов (контактных
отпечатков) под стереоскопом с значительным увеличением обнаруживаются объекты с
более мелкими размерами, то и в этом случае минимальный масштаб аэросъемки может
быть несколько уменьшен. Однако, как уже отмечалось, численное значение окончатель-
ного масштаба аэроснимков (контактных или увеличенных), используемых при дешифри-
ровании не должно быть существенно меньше масштаба создаваемой карты.
По одиночному аэрофотоснимку можно определить только плановое положение объек-
тов (точек), т.е. их координаты х и у. Но обязательным условием успешного лесотаксаци-
онного дешифрирования является анализ по двум взаимно перекрывающимся снимем
объемной стереоскопической модели местности и изображенных на них древостоев, ^то
позволяет не только более тщательно изучить структуру изображения и произвести не
ходимые оценки и измерения характеристик, изображенных в плане объектов, в том чи
и крон деревьев, но и оценить характер рельефа, а также измерить отдельные его эле
ты и высоту деревьев или полога насаждения по разности их продольных параллаксов.
Для определения высот деревьев или полога насаждений в равнинной местности
пользуется формула превышений (см. раздел 6.5), из которой следует, что смешение
за влияние рельефа (вершины дерева и его основания) на плане при одном и том же
202
бе аэрофотосъемки будут тем меньше, чем больше высота фотографирования. Таким
6 азом, разность продольных параллаксов прямо пропорциональна базису аэрофото-
° мки и обратно пропорциональна высоте съемки, а следовательно, и фокусному рас-
янию АФА. А это значит, что (при одном и том же базисе аэрофотосъемки) чем короче
жпкусное расстояние, тем больше разность продольных параллаксов. Применение длин-
\/Ьокусных АФА сглаживает рельеф (табл.8.3).
Таблица 8.3
Величина разности продольных параллаксов (4р) в мм для деревьев разной высоты
Размер кадра дфА,см Фокусное расстояние АФА, мм Высота съемки, м Высота деревьев, м
5 10 15 20 25
— Масштаб аэросъемки 1:10 000
“^18x18 100 1000 036 0,73 1,10 1,47 1,85
""23x23 140 1400 0,33 0,66 0,99 133 1,66
"36x30 200 2000 0,30 0,60 0,90 131 1,51
Масштаб аэросъемки 1:20000
18x18 100 2000 0,18 036 0,54 0,72 0,91
23x23 140 2800 0,16 озз 0,50 0,66 0,82
30x30 200 4000 0,15 озо 0,45 0,60 0,75
Масштаб аэросъемки 1:40 000
18x18 100 4000 0,09 0,18 037 036 0,45
23x23 140 5200 0,08 0,16 034 озз 0,41
30x30 200 8000 0,07 0,15 032 озо 038
При рассмотрении аэроснимков под стереоскопом получается утрированная стереомо-
дель местности, поскольку плановый аэроснимок имеет два масштаба - горизонтальный и
вертикальный.
Разность продольных параллаксов Ар измеряется по стереопаре аэроснимков на стерео-
измерительных приборах с ошибкой = ±0,02 - 0,05 мм, b - определяется на основе
измерений по аэроснимкам с точностью до мм , Н -рассчитывается по показаниям радио-
высотомера или через масштаб аэроснимков с точностью до м.
Зная базис аэроснимков и высоту фотографирования, можно расчетным путем опреде-
лить и величину Ар (Ap=(bh)/H) для деревьев разной высоты (Л)применительно к аэро-
снимкам, полученным типовыми АФА с различной высоты при заданных базисах съемки.
Величину вертикального масштаба стереомодели (l/mv) предопределяют базис аэро-
снимков Ьт. который находится в прямой зависимости от базиса аэрофотосъемки, и fk
АФА или высоты аэрофотосъемки. Базис аэроснимков в свою очередь зависит от формата
кадРа АФА и величины продольного перекрытия. Отношение этих масштабов и показыва-
61 величину деформации стереомодели:
l/mv: 1/т= ро. /fk Ьг,
гдеРо - расстояние наилучшего зрения, 250 мм,
- глазной базис, в среднем 65 мм.
Из этой формулы следует, что l/mv=(pj>)/(fk bjn).
сртикальный масштаб применяемых в лесоустройстве аэроснимков всегда больше го-
м °нтального. При этом, чем меньше фокусное расстояние АФА, тем больше разница
С)Кду вертикальным и горизонтальным масштабами. В табл. 8.4 приводятся данные о
203
величине превышения вертикального масштаба над горизонтальным (к) для АФА с ними размерами кадра и fk при продольном перекрытии снимков 60 %. Р*3' Таблица 8 4 Коэффициент преувеличения вертикального масштаба над горизонтальным
Фокусное расстояние АФА, мм Величина к при размер кадра АФА, см —*
18x18 23x23 30x30—
90 3,08 3,94 5,13 —
100 2,78 3,54 <62
140 1,98 2,53 330 ~—
200 1,39 1,77 2,31
Зная 4р, высоту полета самолета и базис аэрофотосъемки или вертикальный масштаб
стереомодели, можно рассчитать величину стереомодели на аэрофотоснимках разных
масштабов, полученных при съемке с применением различных АФА.
В свою очередь, превышение объекта (высоты деревьев или полога насаждения), на-
блюдаемого в стереоскоп Лс, можно определить по формуле hc =( ро /Ьг) Др. В табл. 8.5
приводятся такие данные, полученные расчетным путем.
Таблица 8.5
Значение стереоскопических высот на аэрофотоснимках разных масштабов
Формат кадра АФА, см Фокусное расстоя- ние АФА, мм Вертикальный масштаб Стереоскопические высоты деревьев (мм) при различной их высоте (м)
5м | Юм | 15 м | 20 м | 25 м
1. Горизонтальный масштаб аэроснимков 1:10 000
18x18 100 1:3607 138 2,77 4,15 5,53 6,92
23x23 140 1:3953 136 2,53 3,79 5,05 632
30x30 200 1:4329 1,15 2,31 3,46 4,62 5,77
2.Горизонтальный масштаб аэроснимков 1:20 000
18x18 100 1:7222 0,69 138 2,08 2,77 3,46
23x23 140 1:7914 0,63 1,26 1,90 2,53 3,16
30x30 200 1:8666 0,58 1,15 1,73 231 2,88
3. Горизонтальный масштаб аэроснимков 1:40 000
18x18 100 1:14444 0,35 0,69 1,04 1,38 1,73
23x23 140 1:15826 0Д2 0,63 0,95 136 1,58
30x30 200 1:17333 039 0,58 0,86 1,15 1,44
Приведенные в таблице расчетные стереоскопические высоты характерны для данны
вертикальных масштабов при рассмотрении аэроснимков в стереоскоп с 1-х, т.е. без уве_
личения. При любом увеличении стереоскопа или масштаба аэроснимка масштабы
реоскопической модели, как горизонтальной, так и вертикальной, будут изменяться пр
пропорционально коэффициенту увеличения. При этом необходимо учитывать,
всем наблюдателям стереоскопическая модель местности будет казаться одинаково ,
как не у всех одинаковое качество зрения. Высота деревьев будет казаться тем
204
больше расстояние наилучшего зрения ро и чем меньше базис зрения (глазной базис)
чеМ Однако возможности зрительного аппарата человека вносят известные ограничения,
п данным С.В. Белова, максимальная величина разности продольных параллаксов, с
етом увеличения оптической системы стереоизмерительных приборов, не должна пре-
восходить 5,8 мм. Если это условие не соблюдается, то получить стереоскопический эф-
невозможно. Величина Др обуславливается значением максимального физиологиче-
ского параллакса еп<а = 0,4мм при фокусном расстоянии глаза fr = 17,05 мм и ро=250 мм.
Кроме того, при съемке короткофокусными широкоугольными АФА (фокус меньше
100 мм) острые вершины крон деревьев, таких как ель, пихта, в краевых частях аэросним-
ка проектируются только с одной стороны, вторая сторона кроны изображения не получа-
ет Эго затрудняет точное наведение пространственной нити или марки стереоприбора на
вершины крон, так как последние плохо «улавливаются» глазами. Все вышеизложенное
следует учитывать при выборе АФА.
После того как выбрана аэрофотосъемочная камера, необходимо определить тот мас-
штаб съемки, при котором получаемые снимки отвечают предъявляемым к ним требова-
ниям по их техническим характеристикам: разрешающей способности и величине дефор-
мации стереомодели. В данном случае масштаб зависит от высоты фотографирования.
Однако необходимо иметь в виду, что от высоты фотографирования (для одного и того же
АФА) в прямой зависимости находится и точность определения по аэрофотоснимкам
высоты дешифрируемых объектов. При определении высоты фотографирования можно
воспользоваться формулой:
H= (mh b)/m(f,} t
где b - базис стереопары аэрофотоснимков, мм;
тл- ошибка определяемого превышения, м;
- ошибка измерения разности продольных параллаксов, мм.
По формуле 1/т = f/H можно определить и минимально допустимый масштаб аэрофо-
тосъемки, отвечающий данным ограничениям. Однако следует иметь в виду, что, как уже
отмечалось, при увеличении снимков, если это не сопровождается снижением разрешаю-
щей способности изготовляемых материалов, их дешифровочные и измерительные свой-
ства улучшаются в сравнении с оригинальным снимками. Это обстоятельство позволяет
высоту съемки несколько увеличить и, соответственно, уменьшить масштаб.
Однако необходимо иметь в виду, что ограничением верхнего предела высоты съемки и
соответственно величины масштаба может быть вредное влияние дымки, хотя яркость
Дымки - величина переменная и трудно учитываемая. Мелкомасштабные аэроснимки
имеют, как правило, меньший контраст изображения. Поэтому к широкоугольным и
сверхширокоугольным АФА, применяемым для мелкомасштабной аэросъемки (1:50 000 и
мельче), должны предъявляться повышенные требования, касающиеся равномерности
свстораспределения в фокальной плоскости объектива.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Дешифровочные признаки хвойных насаждений.
Дешифровочные признаки лиственных насаждений.
Дешифровочные признаки не покрытых лесом земель.
Дешифровочные признаки нелесных земель.
Методы определения по аэрофотоснимкам таксационных и дешифро-
показателей: состава насаждений; высоты и диаметра на высоте груди;
1.
2.
3.
4.
5.
^ЧНЫХ
ivjivn. vwiaoa navayn/Avnnn, dimwiim n дпатv ipra na di
ноты; возраста, класса бонитета, типа леса; запаса, товарности.
Цел ~ критерии, учитываемые при выборке масштаба аэрофотосъемки для
еи Лес°устройства.
205
ГЛАВА 9. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ДЕШИФРИРОВАНИЕ
КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ
9.1. Особенности лесотаксационного дешифрирования космических
снимков
Для применения в практике лесного хозяйства в настоящее время
доступны космические фото и сканерные снимки высокого (1-2, 5-10-
15-40м), среднего (150м) и низкого (1км) пространственного разреше-
ния, получаемые в различных спектральных зонах. Для лесотаксацион-
ного дешифрирования используют снимки высокого разрешения. Сним-
ки низкого и среднего разрешения применяют в охране лесов от пожа-
ров, а также для обобщенного мелкомасштабного картографирования.
По их данным дешифрируют границы ландшафтов и местностей, их
основные элементы, выделяют площади с растительностью, не покры-
тые лесом и нелесные земли.
На космических снимках (КС), как и на АФС, прямыми признаками
дешифрирования являются цвет (тон), структура и текстура изображе-
ния, а основными косвенными - ландшафтные, основанные на приуро-
ченности лесов и их отдельных типов к определенным формам рельефа,
положенные в основу ландшафтного метода дешифрирования.
Лацдшафтный метод предусматривает обязательное изучение и уста-
новление пространственных взаимосвязей между природно-
территориальными комплексами, расположенными в непосредственном со-
седстве. Такие взаимосвязи, отраженные в текстуре изображения, дают воз-
можность с достаточной полнотой охарактеризовать всю территорию.
Для выявления и установления внутри - и межландшафтных связей и
индикаторов тех или иных компонентов, явлений и процессов разрабо-
таны специальные методики ландшафтно-индикационных исследова-
ний. При отсутствии выявленных индикаторов на подготовительном
этапе к дешифрированию проводится анализ литературных и картогра-
фических материалов для установления взаимосвязей между физионо-
мичными и трудно наблюдаемыми компонентами ландшафта. Для це-
лей картографирования лесов представляют интерес следующие сопря-
женные карты:
- изученности лесов (лесоустроительные);
- топографические;
- геологические - для выявления связи структурных форм с литоген
ной основой, структурной предопределенностью ландшафтов;
- структурно- геоморфологические - отражающие взаимосвязи Ф Р
рельефа с структурным планом строения территории;
206
- карты четвертичных отложений - для выявления литогенной осно-
вы ландшафта;
- почвенные - для выяснения типов почв, материнских пород и их
взаимосвязей с другими компонентами;
- растительности - для выявления зависимостей распределения рас-
тительного покрова от рельефа, почвенно-грунтовых и гидрологических
условий, а также для установления влияния растительности на почвы,
подземные воды, формирование микроформ рельефа;
- использования земель - для установления антропогенного воздей-
ствия на природные комплексы.
Картографирование и изучение ландшафтов осуществляется пу-
тем выделения на космических снимках картографируемых ландшафт-
ных единиц (группа ландшафтов, ландшафт, местность, урочище, фа-
ция) по принципу от общего к частному. На основе анализа цвета (тона),
структуры и текстуры изображения выделяются первоначально наибо-
лее крупные природно-территориальные комплексы, возможные для
выделения на снимке данного масштаба (пространственного разрешения).
Внутри выделенных единиц проводится более дробное деление. При де-
шифрировании выделенных контуров большое значение имеет анализ их
пространственного размещения и сопряженность друг с другом.
Основным принципом ландшафтного картографирования на основе
дешифрирования космических изображений является морфоструктур-
ный, учитывающий связи морфологических элементов рельефа с геоло-
го-структурным характером местности.
Изучение и картографирование ландшафтов больших территорий на
основе дешифрирования космических снимков проводится в опреде-
ленной последовательности. Вначале на снимках поднимается гидро-
графическая сеть и все водные объекты. Затем проводятся границы ме-
жду наиболее крупными ландшафтными единицами, особенно четко
проявляющиеся на мелкомасштабных космических снимках. Выделение
их контролируется по имеющимся топографическим и тематическим
картам. При работе на небольших участках, охватываемых отдельным
снимком, ранг ландшафтных единиц предварительного разделения тер-
ритории соответственно будет ниже. Дальнейшее, более детальное, вы-
деление тематических контуров проводится уже с учетом предвари-
тельного ландшафтного разделения изучаемой территории.
Гидрографические объекты опознаются по прямым признакам, в
°сновном, по цвету (тону) водных поверхностей водоемов и рек и ха-
рактерному рисунку гидрографической сети. Искусственные водоемы час-
10 опознаются по гидротехническим сооружениям (плотинам, дамбам),
207
которые определяются по прямолинейному рисунку границ водоема
его расширенной (нижней) части. Отделение мелководной поверхности
водоема от суши или зарослей гидрофильной растительности наиболее
достоверно осуществляется при наличии съемки в ближней инфракрас
ной зоне электромагнитного спектра (0,7 - 0,8 мкм), изображение от-
крытой водной поверхности в которой имеет наиболее интенсивный
темный тон (цвет).
Рельеф и его формы опознаются, как правило, по прямым дешифро.
вочным признакам. При дешифрировании в первую очередь выявляют-
ся крупные морфоструктурные формы мега- и макрорельефа. Далее
осуществляется детальное изучение внутреннего строения выделенных
крупных морфоструктурных элементов, обособляются элементы мор-
фоструктур более низкого порядка, выявляются выраженные в рельефе
элементы разломной тектоники, фиксируются отдельные формы релье-
фа, с учетом тектонического строения территории, физико-географи-
ческих условий и истории развития рельефа района. Для стереоскопиче-
ского (при наличии стереоскопической съемки) изучения гор и сильно
пересеченной местности по КС с помощью стереоприборов получают
стереоскопическую модель местности (преимущественно форм рельефа
с амплитудами колебания не менее нескольких десятков метров). Рав-
нинные формы рельефа стереоскопически не воспринимаются, но хо-
рошо выделяются на снимках по косвенным признакам (гидрографиче-
ской сети, растительности, почвенному покрову и другим компонентам
ландшафта). Дешифрирование форм рельефа равнинных территорий
проводят с использованием топографических карт и выборочной аэро-
фотосъемки.
Минимальные значения разности высот на местности, оцениваемые
дешифровщиком при стереоскопическом наблюдении космических
фотоснимков размером 30x30 см с 60 % продольным перекрытием, на-
ходятся в пределах 50-150 м при наблюдении снимков без увеличения и
14-43 м при увеличении изображений в 3.5 х.
Почвенный покров при дешифрировании космических снимков
определяется на основе использования прямых и косвенных признаков.
На территориях, покрытых древесно-кустарниковой растительно-
стью, характер почвенного покрова может быть установлен на основе
косвенных признаков - по взаимосвязи его с характером растительного
покрова (видовой состав, тип лесорастительных условий, класс боните-
та) и приуроченностью к определенным формам рельефа.
По тону и рисунку изображения при отсутствии древесно-
кустарниковой растительности (преимущественно земли сельскохозяи-
208
ценного назначения, госземзапаса, пустынные и полупустынные тер-
ритории и пр.) выделяются на снимках контуры комплексов или сочета-
ний почв, имеющих четко выраженные границы (сочетания гидроморф-
ных почв с различным засолением или сочетания различно эродирован-
ных почв и др.). Установление зональных типов почв, их сочетаний и
комплексов осуществляется по косвенным дешифровочным признакам.
Выявленные взаимосвязи почвенного покрова с фотофизиономичными
компонентами ландшафта и закономерности распределения самих почв
и почвообразующих факторов позволяют раскрыть генетическую сущ-
ность почвенного покрова и его структуру. Использование косвенных
дешифровочных признаков позволяет в пределах ландшафтов выделять
почвенный покров включительно до разновидностей.
По дешифровочным признакам возможно выявление отдельных ха-
рактеристик (свойств) почвенного покрова: его механический состав,
засоление, режим увлажнения и др. Наиболее четко выделяются почвы
с экстремальными свойствами: очень легкого механического соста-
ва(пески), очень сильного засоления(солончаки), очень сильного пере-
увлажнения, гидроморфные(луговые, болотные и заболачивающиеся).
Растительный покров. Древесная растительность опознается на
космических снимках всех масштабов по прямым дешифровочным при-
знакам, кустарниково-травянистая - почти исключительно по косвен-
ным признакам. Отграничение участков, занятых древесной раститель-
ностью, от не залесенных территорий проводится по тону (цвету) и ри-
сунку. Более детальное разделение территории на страты или таксаци-
онные выделы по преобладающим породам или группам пород произво-
дится на спектрозональных или многоспектральных изображениях. На
снимках высокого разрешения (Юм и лучше) древесная растительность
подразделяется по преобладающим породам или их группам (сосна, лист-
венница, темнохвойные, мягколиственные), укрупненным группам типов
лесорастительных условий, группам возраста, полноты и запаса.
Преобладающие породы или их группы и группы состава насажде-
ний дешифрируют в основном по цвету, микроструктуре и приурочен-
ности к определенным типам лесорастительных условий. Полноту и
группы возраста определяют (по снимкам высокого разрешения) на ос-
нове микроструктуры полога насаждений и их статистических характе-
ристик; остальные таксационные показатели - расчетным путем на ос-
нове их взаимосвязей.
По космическим снимкам с разрешением на местности 10 м и лучше
1РИС.9.1) после определения преобладающей и составляющих пород,
™Па леса или группы типов леса и класса бонитета, дешифрируют
209
группу или класс возраста преобладающей породы. Для их определения
используют главным образом морфологические признаки дешифрИр0
вания: контурную структуру и текстуру изображения, просматривав
мость полога в глубину и др. При этом класс бонитета устанавливают
по установленному типу леса или группе типов леса. Завершающим
дешифрируемым показателем является относительная полнота, которую
определяют или визуально стереоскопическим способом на основе при-
обретенного во время дешифровочных тренировок опыта, или инстру.
ментально путем измерения сомкнутости непосредственно по сильно
увеличенному снимку или его изображению на экране компьютера. При
ее определении учитывают, что сомкнутость полога на космических
снимках чаще всего совпадает с полнотой.
Рис. 9.1. Фрагмент увеличенного космического фотоснимка КФА-1000 с результатами
дешифрирования: 1 — группа страт сосновых насаждений; 2 — еловых и пихтовых;
3 — лиственничных; 4 — кедровых; 5 — березовых и осиновых; 6 — гари
При тренировке и дешифрировании относительной полноты основ-
ными признаками ее являются: просматриваемость полога в глубину»
величина промежутков между кронами, общая сомкнутость полога.
Кроме того, при ее определении учитывают преобладающую и сопутс
твующие породы, тип леса, группу возраста, рельеф местности.
210
Остальные таксационные признаки при дешифрировании космиче-
ских снимков определяют на основании различных взаимосвязей: сред-
высота - по классу (группе) возраста, классу бонитета и преобла-
дающей породе, средний диаметр - по средней высоте, с учетом возрас-
та и полноты, запас на 1 га - по средней высоте и относительной пол-
ноте.
На космических снимках высокого разрешения (1-2м) высота насаж-
дения может быть определена путем измерения длины теней деревьев
(особенно при съемке в утренние и вечерние часы). По измеренным
диаметрам проекций крон (площадям проекций крон) может быть опре-
делен средний диаметр деревьев в насаждениях на высоте 1,3 м, а также
высота и сомкнутость полога насаждения. Данные снимки позволяют
использовать морфологические признаки при дешифрировании состава
насаждений, условий местопроизрастания, с большей точностью произ-
водить измерения и определять таксационные характеристики насажде-
ний.
Не покрытые лесом и нелесные земли. На спектрозональных и
многозональных снимках высокого разрешения (или изображениях на
экране компьютеров) отчетливо дешифрируют контуры не покрытых
лесом и нелесных земель: вырубок, гарей, болот, сельскохозяйственных
угодий, рек, озер, каменистых россыпей, песков некоторых других кате-
горий. Дешифрируются они на основе фотометрических, морфологиче-
ских и ландшафтных признаков. При этом основными чаще всего явля-
ются морфологические признаки дешифрирования, характеризующие
контурную структуру и текстуру изображения. Важное место при де-
шифрировании этих категорий земель имеет априорная информация о
них, т.е. данные о характерной форме и контурах участков, их положе-
нии и приуроченности к определенным природно-территориальным
комплексам и антропогенным объектам.
Вырубки дешифрируют по светлому тону (цвету) и четким прямо-
угольным границам, приуроченности к формам рельефа, лесовозным
Дорогам (в таежных районах), иногда по недорубам - темным пятнам и
зернам на общем светлом фоне изображения или крупномерному под-
Р°сту. Цветные синтезированные снимки усиливают контраст между
вьФубками и примыкающими стенами леса. На них более надежно рас-
познают куртины недорубов и некоторые другие особенности вырубок.
0 цвету можно выделить их части, различающиеся условиями место-
произрастания или находящиеся в различной стадии (по возрасту и пре-
°бладающей породе) лесовозобновления (рис.9.2).
211
Рис. 9.2. Фрагмент космического фотоснимка масштаба 1:50000 с различным состоянием
лесовозобновления на вырубках: I — невозобновившиеся вырубки; II — молодняки хвойных
пород; III — молодняки лиственных пород; IV—участки спелого хвойного леса;
V—участки спелого лиственного леса
Гари на черно-белых КС более светлого тона, чем насаждения,
обычно они имеют вытянутую в направлении ветров, господствующих в
летний период, форму. В освоенных районах гари часто приурочены к
дорогам. На цветных спектрозональных КС свежие гари от верховых
поваров имеют темный цвет, а невозобновившиеся гари прошлых лет,
как и на черно-белых снимках, изображаются более светлым тоном. Во-
зобновившиеся гари имеют тон (цвет) преобладающей древесной породы.
Болота дешифрируются по прямым признакам - по тону (цвету) и
рисунку изображения. По космическим снимкам могут быть определе-
ны: конфигурация болот, степень слитности или изолированности от-
дельных элементов, составляющих болотную систему, закономерности
распределения болот по территории. На равнинных территориях, где
болота имеют значительное распространение, по комплексу прямых и
косвенных признаков выделяются основные типы болот по характеру
водного питания (верховые, низинные, переходные). Среди верхов
212
болот различают группы комплексов озерково-мочажинного, грядово-
мочажинного и другие участки открытых и залесенных массивов.
Каменистые россыпи, дороги и другие нелесные земли при дос-
таточной их величине распознают по специфическим для них призна-
кам, в основном по цвету и рисунку изображения.
Крупные населенные пункты опознают уверенно практически на
всех снимках с разрешением 100м и лучше, а мелкие - по комплексу
косвенных признаков (дорожная сеть, улицы с рядовой застройкой,
приусадебные участки и др.). При многорядовой застройке они дешиф-
рируются легче, чем при беспорядочной разреженной или рядовой
вдоль дороги. Отдельно стоящие сельские дома на КС с разрешением
20м и хуже не опознаются.
Колочные, поле- и почвозащитные леса на КС, особенно увели-
ченных, дешифрируют по более темному тону (цвету), чем у окружаю-
щих нелесных земель. По оврагам, балкам и в долинах рек леса имеют
вытянутую неправильную форму. На черно-белых КС по тону, они
близки к луговой растительности и водоемам, особенно в днищах балок,
но при разрешающей способности КС = 10-20м и контрастности съе-
мочных и особенно многозональных материалов такие леса выделяются
достаточно надежно. Полезащитные лесные полосы имеют разную ши-
рину и прямолинейную форму. В некоторых случаях лесные полосы,
особенно небольшой ширины, в молодом возрасте сливаются с луговы-
ми или сельскохозяйственными землями.
Дешифрированию космических снимков, так же как и аэрофото-
снимков, предшествует изучение признаков дешифрирования конкрет-
ных, используемых при выполнении данной работы, съемочных мате-
риалов и таксационно-дешифровочная тренировка, которые проводятся
на основе типичных выделов - эталонов (пробных площадей) с прове-
денной измерительно-перечислительной таксацией и материалов преж-
него лесоустройства (планы лесонасаждений и таксационные описания).
Для анализа признаков дешифрирования на каждую древесную породу
и основные категории земель отбирают в среднем по 5 и для тренировки
" по 10 выделов.
Ландшафтные признаки дешифрирования изучают по данным на-
турных исследований, фондовых материалов, анализа АФС и КС. Со-
ставляют рабочую таблицу признаков дешифрирования. В ней приво-
дится: встречаемость групп типов лесорастительных условий и лесооб-
Разующих пород, а в каждой из этих групп - приуроченность их к высо-
те над уровнем моря, рельефу, экспозиции, крутизне склонов; произво-
213
дител ьность лесообразующих пород в пределах групп типов у слови ~
местопроизрастания.
Фотометрические и структурные признаки дешифрирования изуча
ют в выделах, отграниченных на АФС и КС, имеющих данные наземной
перечислительной или измерительной таксации. На основе стереоско
пического анализа и сравнения фотоизображения с соответствующей
шкалой (шкала цветов, эталоны рисунка изображения и др.) для каждо-
го выдела дается оценка цвета, структуры и текстуры изображения
формы и размеров крон или их групп и промежутков между ними и т. д’
Результаты анализа признаков дешифрирования заносят в таблицу по
преобладающим породам, группам возраста, категориям земель.
Затем проводится тренировка исполнителей, которая заключается в
изучении признаков дешифрирования и приобретении навыков распо-
знавания по космическим снимкам основных категорий земель, состава
насаждений, групп возраста, типов леса, полноты (сомкнутости полога).
Дешифрированию космических снимков предшествует их подготов-
ка, заключающаяся в отграничении рабочих площадей, опознавании
главных точек, нанесении на снимки линий начальных направлений,
границ лесхозов, лесничеств, кварталов, вычислении масштаба по пря-
мым отрезкам между опознанными на снимке и топографической карте
(лесоустроительном планшете).
Лесотаксационное (лесохозяйственное) дешифрирование проводят,
как правило, по максимально увеличенным твердым копиям или изо-
бражениям на экране компьютера. При работе с космическими фото-
снимками дешифрирование проводят с использованием сканирующих
стереоприборов, имеющих 3-5х оптическое увеличение. Оно проводит-
ся в несколько этапов. На первом этапе на основе стереоскопического
(или на экране компьютера при интерактивном дешифрировании) ана-
лиза цветовых (тоновых), морфологических (текстурных), ландшафтных
и других признаков дешифрирования отграничивают покрытые лесом
земли от не покрытых лесом и нелесных. На последующем этапе произ-
водится разграничение выделенных укрупненных участков на таксаци-
онные выделы (страты) в соответствии с принятой методикой (инструк-
цией) легендой. При этом необходимо использовать все имеющиеся
фондовые и нормативные материалы: топографические, почвенные,
геологические и другие картографические произведения, материалы
лесоустройства (планшеты, планы лесонасаждений, таксационные опи
сания, материалы различных обследований, дешифровочные таблицы*
уравнения, таблицы зависимостей между таксационными и дешифР
вочными показателями и т.п.). Обобщенные данные о примерных
214
щифР0В0ЧНЬ1Х возможностях материалов космических съемок разного
пространственного разрешения приведены в табл. 9.1 и 9.2.
Таблица 9.1
Дешифровочные возможности материалов космических съемок
—Минимальные детали, которые могут найти отражение на снимках Показатели, которые могут быть определены
Разрешение на местности 1 км
'Высококонтрастное изооражение участ- ков леса среди безлесных пространств площадью более 4 км2 (2x2 элемента разрешения), а также безлесные участки лесного фонда. Генерализованные контуры лесов (с деталь- ностью карт масштаба 1:2500000-1:5000000) с выделением в пределах их безлесных пло- щадей, в том числе долин, рек, озер. Районы распространения темнохвойных, светлохвой- ных и мягколиственных лесов; заснеженные районы, шлейфы дымов от крупных лесных пожаров.
Разрешение на местности 150 м
Высококонтрастное изображение участ- ков леса среди безлесных пространств площадью более 10 га, а также безлес- ные участки лесного фонда. С детальностью карт масштабов 1:1000000- 2500000 площади лесных и безлесных терри- торий, крупные реки, озера, гари; крупные массивы сосновых, темнохвойных, листвен- ничных, лиственных лесов; грозовая и кон- вективная облачность; шлейфы дымов от лесных пожаров, заснеженные площади.
Разрешение на местности 40 м
Высококонтрастное изображение участ- ков леса среди безлесных пространств площадью более 1 га, а также безлесные участки лесного фонда. В пределах лесного фонда с детальностью карт масштабов 1:200000-1:500000 выделя- ются не покрытые лесом и нелесные земли, которые по их форме, цвету (тону), структуре изображения подразделяются на укрупнен- ные классы, например гари, болота, крупные площади вырубленных массивов, в том числе крупные вырубки. Лесопокрытые земли под- разделяются на хвойные высокопроизводи- тельные, низкопроизводительные, мягколи- ственные. По шлейфам дыма обнаруживают- ся лесные пожары средних размеров.
Разоешение на местности 25 м
Высококонтрастное изображение участ- к°в леса среди безлесных пространств, нлощддью более 0,3 га, а также безлес- ные участки среди лесного фонда. Пло- и*адь минимально целесообразного к выделению на оригинальном снимке Участка 4 км2, на увеличенном в 4 раза L£HMMKe-25ra. В пределах лесного фонда с детальностью карт масштабов 1:100000-1:200000 покрытая лесом площадь подразделяется на классы по группам преобладающих пород, типам усло- вий местопроизрастания, густоты. Выделя- ются не покрытые лесом (гари, вырубки) и нелесные (болота, воды, сельскохозяйствен- ные земли) земли.
215
Окончание табл. 9.1
Минимальные детали, которые могут найти отражение на снимках Показатели, которые могут быть определены
Разрешение на местности 10 м / '—
Высококонтрастное изображение участ- ков леса среди безлесных пространств, площадью более 0,1 га, а также безлес- ные участки среди лесного фонда. В пределах лесного фонда с детальностью* карт масштабов 1:50000-1:100000 покрытая лесом площадь подразделяется по группам преобладающих пород, типам условий ме- стопроизрастания, группам возраста и полно- ты. Не покрытые лесом и нелесные земли подразделяются на редины, гари, вырубки прогалины, пашни, воды, болота, населенные пункты и усадьбы, каменистые россыпи дороги, трассы и пр.
Разрешение на местности 1-2 м '
Высококонтрастное изображение участ- ков леса среди безлесных пространств, площадью более 0,1 га, а также безлес- ные участки среди лесного фонда. Все основные показатели лесного фонда с детальностью карт масштабов 1:10000- 1:50000, в том числе основные категории земель, группы преобладающих древесных пород, группы высоты, полноты, запаса, типов леса и др.
Таблица 9.2
Примерная точность определения по прямым дешифровочным признакам парамет-
ров и характеристик отдельных участков лесного фонда (таксационных выделов)
Категории земель, классы объектов, их характеристики Определяемые категории и ошибки определения (при достоверности 0,68)
Наземные работы По аэро- снимкам с R= 1 м По космическим снимкам с R=10 м По космиче- ским снимкам с R=20-40 м
1 2 3 4 5
Покрытые лесом земли ±0% ±5 % ±10% ±20%
Несомкнувшиеся лесные культуры ±0% ±30% Не распознаются
Редины ±20% ±30% ±40% ±50% Перепутываются с низкополнотными насаждения- ми, старыми гарями, марями, вырубками
Вырубки ±0% ±10% ±20% ±30% Перепутываются с старыми гарями, прогалинами, рединами, марями, старыми вырубками
Гари ±0% ±0 % ±20% ±30% Перепутываются с марями, редина- ми, старыми вырубками
Прогалины, пустыри ±0% ±30 % ±50 % ±50 % Перепутываются с сенокосами, болотами
216
Окончание табл. 9.2
Г 2 3 1 4 1 1 5
—' ~ Болота ±0 ° 0 ±10% ±20% ±30% Перепутываются с прогалинами, сенокосами, марями, тундрами
Мари, тундры ±0% ±10% ±20% ±30% Перепутываются с рединами, болотами, гарями
' Воды ±04 ±0% ±0% ±0%
Усадьбы ±0% ±0% ±50% Не распознают- ся
Сенокосы ±0 % ±20 % ±50 % ±50 % Перепутываются с прогалинами, болотами песка- ми, старыми вырубками
Пески ±0% ±10% ±30% ±50% Перепутываются с сенокосами, прогалинами
Каменистые россыпи ±0 % ±10% ±50% | ±50%
Трассы ±0% ±0% ±50 % ±50 % Перепутываются с дорогами
Дороги ±0 % ±0% ±50% ±50% Перепутываются с трассами
Состав насаждений (10 единиц) ±1-2 едини- цы ±1-3 ед Не определяется
Высота, м ±7-10% ±10-20% Не определяется
Возраст, лет ±10 - 40 лет ±10-60 Не определяется
Группа возраста - ±1 ±1 -2 Не определяет- ся
Полнота (0,3 -1,0) ±0,1-0,2 ед. ±0,1-0,2 ±0,2-0,3 Не определяет- ся
Запас древесины (по моделям) ±15-25 % ±15-30% ±20-40 % ±30-50 %
Категория состояния (5 категорий) ±1 катего- рия ±1 категория ±2 категории ±2-3 категории
Запас сухостоя ±20-30 % ±30-40 % Не определяется
Запас валежа ±30 ±50% Не определяется
Группа насаждений (хвойные, листвен- --Jjbig, смешанные) ±0% ±0% ±10% ±30%
Приведенные в табл. 9.1 и 9.2 ориентировочные данные показывают,
Чт° вышеназванные космические снимки позволяют получать значи-
217
тельный объем полезной, преимущественно обобщенной, информации
Их можно использовать в решении многих практических задач, но как
правило, в сочетании с фондовыми картографическими и атрибутивны
ми данными, выборочными аэрофотосъемками, наземными работами
привлечением при дешифрировании комплекса косвенных признаков и
моделей, разновременных космических изображений. Особенно это от-
носится к таким задачам, как инвентаризация лесов, крупномасштабное
картографирование, оценка состояния насаждений в конкретном такса-
ционном выделе, где требуется получать целый ряд детальных характе-
ристик и биометрических параметров. Однако и в этих случаях приме-
нение данных космических снимков сокращает затраты труда и средств
на выполнение тех или иных работ и ускоряет сроки их выполнения.
Это очень важный аспект, который говорит о необходимости широкого
применения космических изображений данного качественного ряда.
Однако, как показывает опыт, для более широкого применения ма-
териалов космических съемок в лесное хозяйство и повышения эффек-
тивности от их применения, необходимо, наряду со снимками с разрешени-
ем 10-30-50-150м, иметь снимки с повышенным пространственным разреше-
нием до уровня, которое имеют применяемые в лесном хозяйстве аэрофото-
снимки (1-2м). При этом съемка должна быть многозональной и обеспечи-
вать получение стереоскопических изображений, так как важнейшими пока-
зателями леса являются его высота и условия местопроизрастания, которые
тесно связаны с рельефом местности. Стоимость космической съемки долж-
на быть ниже стоимости аэрофотосъемки.
В настоящее время мировая практика свидетельствует, что космиче-
ские системы гражданского назначения нового поколения обеспечивают
получение изображений с разрешением 1-2-5м, правда, преимуществен-
но без соответствующих продольных перекрытий, которые позволяли
бы получать стереоизображения. В России также ведутся работы по
созданию космических съемочных систем высокого разрешения, как в
оптическом, так и в радиодиапазонах. Поэтому можно полагать, что в
перспективе космическая съемка будет позволять получать значительно
больший объем достоверной информации о лесных экосистемах и про-
текающих в них процессах.
9.2. Дешифровочные признаки и методология дешифрирования
по космическим снимкам лесопожарной обстановки
Для планирования работ по охране лесов от пожаров органы управ
ления лесным хозяйством и подразделения авиационной охраны лес<^
от пожаров должны знать метеорологическую и лесопожарну
218
обстановку как в районе нахождения лесных пожаров, так и на всей охраняе-
мой территории. Оперативное получение такой информации обеспечи-
вают космические съемки с метеорологических и ресурсных ИСЗ, с
помощью которых снимают одну и ту же территорию несколько раз в
течение суток. Практические рекомендации по применению спутнико-
вой информации в охране лесов от пожаров были разработаны в 70-х
года специалистами ЛенНИИЛХ. В 90-х гг. они развиты Международ-
ным институтом леса и ФГУ «Авиалесоохрана» на основе применения
ГИС-технологий и автоматизированных методов анализа и обработки
информации.
Рисунок космического изображения передает морфологию географических, лесопи-
рологических (лесные пожары) и метеорологических комплексов. В рисунке изображения
отражаются внутренние связи между данными природными комплексами и процессами,
происходящими в них, а также пространственное размещение элементов изображения,
характеризующихся специфической структурой и текстурой рисунка.
Ровная матовая текстура свойственна открытым участкам водной поверхности, слои-
стой облачности, туману, шлейфам дыма, задымленным участкам атмосферы, участкам
суши с достаточным увлажнением. Зернистая текстура (скопление пятен или зерен свет-
лого или темного тона) характерна для изображения кучевой облачности, но иногда раз-
меры зерен настолько малы, что детали формы отдельных облаков полностью скрадыва-
ются. Разновидностью этой текстуры является куполообразная - крупные пятна округлой
формы. Куполообразная текстура соответствует изображению мощных кучевых и кучево-
дождевых облаков (рис. 9.3). Волокнистая текстура - волокна, нити, полосы - характерна
для перистых облаков и дымовых шлейфов лесных низовых пожаров. Особый тип текстуры -
дендритовая - свойствен изображению рельефа суши и наиболее характерен для гор,
покрытых снегом нли лесом. Объекты лесного ландшафта, дымовые шлейфы, подсти-
лающая поверхность, облачность и др. имеют целый ряд особенностей и требуют опреде-
ленного навыка в их дешифрировании.
Рис.9.3. Виды облачности, полученные при съемке ручной камерой с пилотируемого
Гемического корабля: Г —грозовая облачность; Кв—мощные вертикальные кучевые
облака; Кд — кучево-дождевые облака; П — перистые облака
219
При дешифрировании синоптической и лесопожарной обстановки важное значе
имеют тени и тон изображения. Тени иногда очень хорошо передают форму изображен6
ных объектов.
Тон изображения - не что иное, как яркость объекта. В практике при дешифрирова
нии изображения пользуются не абсолютными яркостями, а их соотношениями. Эго по-
зволяет различать на снимках большее количество градаций яркости. Однако при дешиЛ.
рировании изображений, особенно визуальном, необходимо учитывать то обстоятельство
что тоновая и полутоновая гамма яркостей зависит не только от перечисленных факторов'
но и от качества изображения на бумажном носителе или на экране компьютера. Согласно
методике, которая применяется в системе метеослужбы, при дешифрировании изображе-
ния на космических снимках различают несколько градаций относительной яркости:
а) наиболее светлые участки - соответствуют облакам большой вертикальной мощно-
сти и плотности, а также свежевыпавшему снегу и ледовым полям;
б) светло-серые участки - районы с неплотной облачностью нижнего или среднего
ярусов, а также с тонкой перистой облачностью. Сюда же могут быть отнесены и дымо-
вые шлейфы лесных низовых пожаров, пустыни, снег и лед;
в) темно-серые участки - районы суши, покрытые лесом и другой растительностью;
г) темные участки - моря, океаны, озера, реки, а также свежие гари.
Тон инфракрасных изображений менее изменчив, так как он несет информацию глав-
ным образом о различном тепловом состоянии подстилающей поверхности. На цветных
синтезированных снимках к тоновым особенностям изображения различных объектов
добавляются цветовые, которые характеризуют присущие им особенности.
При дешифрировании синоптической и лесопожарной ситуации по космическим
снимкам низкого разрешения полезно пользоваться набором эталонов на изображениях,
полученных при тех же атмосферно-оптических и фенологических условиях с дешифри-
руемыми материалами космических съемок.
Дешифрирование лесных пожаров. Современные спутниковые
системы (NOAA, Modis, Метеор) позволяют получать информацию о
пожарах (рис. 9.4) с периодичностью 8-12 часов при их размерах в не-
сколько га и более.
Основным дешифровочным признаком пожаров на космических
снимках являются дымовые шлейфы, характеризующиеся соответст-
венной формой, яркостью и структурой (рис.9.5, 9.6).
При низовых пожарах слабой интенсивности изображения дымовых шлейфов напо-
минают перистую облачность, однако они легко отличаются от нее характерной конусо-
видной формой шлейфа, вытянутой по направлению ветра. Яркость шлейфа, максималь-
ная в тыловой части, постепенно убывает к фронту и флангам.
Шлейф крупного низового пожара высокой интенсивности на космических снимках
напоминает слоистую облачность, однородную по структуре и яркости. Отличительным
признаком такого шлейфа дыма является наличие в тыловой части пожара характерных
«языков» или «выступов», связанных с неравномерным его распространением по лесной
территории.
Верховые пожары при ветре характеризуются наличием конвекционной колонки, час-
то на общем фоне шлейфа дыма. Дешифровочным признаком верхового пожара на косми-
ческом снимке является наличие светлого пятна, соответствующего положению кучевого
облака, венчающего, как правило, конвекционную колонку верхового пожара. Изображу
ние конвекционной колонки аналогично изображению кучево-дождевого облака, поэтому
ее дешифрирование требует определенного навыка. В штилевую погоду верхняя ча
конвективной колонки очень напоминает изображение мощного кучевого облака, одна* »
220
алее при небольшом наклоне легко отличается от него конусовидным основанием, соот-
ветствующим положению тыловой части пожара.
Рис.9.4. Верховой пожар
Дымовой шлейф торфяного пожара можно отличить от дымового шлейфа низового
пожара, если рассматривать снимки, полученные в разное время суток, например, рано
Уфом и днем. Интенсивность горения торфяного пожара мало зависит от времени суток и
поэтому даже в ранние утренние часы дымовой шлейф от торфяного пожара на космиче-
ских снимках хорошо просматривается, в отличие от шлейфа низового пожара, проя-
вляющегося на снимках в основном после 10-12 часов местного времени.
Дымовой шлейф можно рассматривать и как демаскирующий, и как маскирующий
признак лесного пожара, так как он указывает на наличие факта пожара, но затрудняет
°пРеделение его площади. Размеры дымовых шлейфов на космических изображениях
м°гут иметь различные размеры в зависимости от их фактической величины и масштаба
изображения.
Шлейф дыма от лесного пожара площадью около 100 га на снимке с разрешением 1 км
масштабе около 1:10000000 имеет вид очень тонкого (0,2-0,Змм) конусообразного
разования общей длиной 1,0-2,0 см, что соответствует в натуре протяженности шлейфа
"200км. Пожары большей площади имеют изображения дымовых шлейфов больших
По МеРов, при условии, что в приземном слое атмосферы имеет место ветер, устойчивый
силе и направлению. Дымы небольших лесных пожаров могут быть обнаружены толь-
а космических снимках более высокого разрешения и более крупных масштабов.
221
МСУ-Э
МСУ-СК
Рис. 9.5.Изображения лесных пожаров на аэрокосмических снимках
Снимок КФА-1000
Рис. 9.6. Фрагмент космического снимка «Метеор-Природа» с изображением дымовых
шлейфов лесных пожаров
Дешифрирование лесных пожаров по дымовым шлейфам значительно облегчается,
если сопоставлять снимки данного района, полученные в течение последних нескольких
суток и в разных зонах спектра. Анализ снимков в первом случае позволяет проследить
динамику развития лесных пожаров, а также дает возможность оценить масштабы и на-
правление распространения задымленной атмосферы, создающей определенные трудно-
сти в оперативной работе лесопожарных служб.
Во втором случае, сопоставляя снимки, полученные в видимой и в ближней инфра-
красной зонах, можно более уверенно отличать дымовые шлейфы пожаров от перистых
облаков. В силу различия в спектральной яркости дымовые шлейфы, хорошо различимые
в видимой зоне, почти исчезают на ИК - снимках, тогда как атмосферные облака одинако-
во хорошо просматриваются как на тех, так и на других снимках.
Лесной пожар является источником излучения, максимум которого приходится на
Диапазон 2,5-3,5 мкм. Этот диапазон рекомендуется использовать в вечернее (при высоте
Солнца менее 5°) или в ночное время. При комбинированном использовании каналов 3,5-
5,5 мкм (для регистрации высокотемпературных объектов) и 8-14 мкм (для регистрации
сигнала фона), получают сигнал от лесного пожара. В СВЧ диапазоне возможно проведе-
ние наблюдений в любое время суток и практически при любых метеорологических усло-
виях, но материалы съемок при этом обладают худшей разрешающей способностью. Ин-
тенсивность СВЧ излучения измеряется в градусах радиояркостной температуры. Вели-
чина радиояркости пожара зависит в первую очередь от вида пожара, при беглом низовом
пожаре превышение радиояркостей над общим фоном невелико, эти температурные ярко-
с™ наиболее контрастны при пожарах торфяников и захламленных участков леса.
Определение зон задымления от лесных пожаров. В результате лесных пожаров
атмосфера может иметь различную степень задымленности (рис.9.7).
223
Рис. 9.7. Дым от лесного пожара [20]
Сильная задымленность создает определенные трудности в оперативной работе авиа-
ционных подразделений, а также работе других ведомств. Поэтому при планировании
работ по тушению лесных пожаров необходимо знать о степени задымленности территории.
Степень задымленности территории оценивается по 5- балльной шкале с указанием
плотности дыма потрем градациям: слабая, средняя и сильная.
Анализ снимков, полученных в разных зонах электромагнитного спектра, позволяет
отличать дымовые шлейфы пожаров от перистых и кучевых облаков. Дымовые шлейфы,
хорошо распознаваемые в видимой зоне, почти исчезают в инфракрасной зоне, в то время
как атмосферные облака одинаково хорошо просматриваются на изображениях, получен-
ных в той и другой зонах. Данная задача может решаться одновременно с задачами по
обнаружению лесных пожаров и контролю за их динамикой.
Выявление грозовой и ресурсной облачности. Целью выявления синоптической
обстановки является прогнозирование процессов возникновения массовых вспышек лес-
ных пожаров от молний на основе космической съемки и данных от радиотехнических
средств регистрации молниевых разрядов, а также оперативное определение ресурсной
облачности в районах действия крупных лесных пожаров для вызывания искусственных
осадков. Индикатором развития гроз является кучево-дождевая облачность, которая имеет
большую вертикальную мощность и значительные поперечные размеры (до несколько км).
Наиболее часто массовые вспышки лесных пожаров возникают после прохождения «сухих»
гроз, развивающихся на верхних и вторичных атмосферных фронтах и при внутри"
массовых грозах, которые наблюдаются в антициклоне, в размытом барическом поле и
реже в теплом секторе циклона.
С помощью космической съемки определяют степень покрытия облаками лесной тер-
ритории, проводят классификацию облачных систем, связанных с атмосферными ФР°”^_
ми и циклонами, анализируют форму облачных элементов, а также структурные характс
ристики облачных полей (рис.9.8 и 9.9). Основные метеорологические явления и их вл
ние на степень пожарной опасности в лесах оценивается, как правило, с помощью
ных параметров. Холодный фронт циклонов вызывает усиление пожаров перед ФР°
224
за счет усиления ветра. Его можно опознать на космических снимках по яркому изобра-
жению циклонически изогнутой полосы облачности. Ширина этой полосы обычно состав-
дяет 200-300 км, длина - более 1000 км. Можно наблюдать также в полосе вкрапления
кучевообразной и кучево-дождевой форм облачности.
Рис. 9.8. Изображение грозовой облачности на ТВ космическом снимке с ИСЗ Метеор
Рис. 9.9. Ресурсная (а) и слоисто-кучевообразная (б) облачности
Вторичные фронты циклонов создают условия для массовой вспышки лесных пожа-
Р°в от «сухих» гроз (рис.9.10). Признаками вторичных фронтов циклонов служат изобра-
_еняя прерывистых облачных систем, шириной от 50 до 200 км, сформированных из»
^Чевых и кучево-дождевых форм облачности. Внутримассовые облачные системы влия-
На усиление пожарной опасности из-за неустойчивого состояния атмосферы. На кос-
225
мических изображениях эти облачные системы опознают по конвективным ячейкам
слоисто-кучевообразным или кучево-дождевыми формами облачности, а также по вь С°
нутым облачным полосам в виде гряд, которые образуются в тылу циклонов за предела
или внутри холодных фронтов. Для космических съемок грозовой облачности перепек
тивны видимая (0,4-0,7 мкм) и ближняя инфракрасная (0,7-1,2 мкм) зоны спектра. Повышение
точности определения грозовой облачности достигается при комплексном исполь
зовании спутниковой информации, наземных метеорологических и радиолокационных
измерений, а также данных системы регистрации молниевых разрядов.
Рис. 9.10. Вспышки лесных пожаров от гроз со спутника Orb View [20]
Выявление по материалам космических съемок ресурсной облачности, перспективной
для вызывания искусственных осадков, связано с распознаванием мощных конвективных
кучевых облаков высотой не менее 2 км.
Для распознавания грозовой и ресурсной облачности используют телевизионные, ра-
диометрические и сканерные космические изображения. Количество облачности характе-
ризуется степенью покрытия облаками того или иного участка земной поверхности и
определяется отношением (в процентах) площади, занятой облачными элементами внутри
контура, ко всей площади, ограниченной контуром (рис. 9.11).
Рис. 9.11. Циклон
226
На космических снимках, полученных в разное время дня, можно видеть районы с
азвитой грозовой и ресурсной облачностью на больших территориях и, сопоставляя их,
Определять направление ее смещения. Это позволит достаточно оперативно и более эко-
номично планировать работу по выявлению лесных пожаров и искусственному вызыва-
нию осадков в зоне их возникновения, что в свою очередь дает возможность тушить их с
меньшими затратами сил и средств.
Дешифрирование снежного покрова. Целью определения границ снежного покрова
является установление сроков наступления (окончания) пожароопасного сезона.
Таяние снежного покрова в лесу имеет свои характерные особенности, зависящие не
только от условий погоды, но и от экспозиции склонов, состава лесонасаждений, полноты,
строения полога, возраста, сомкнутости крон и некоторых других факторов.
Дистанционные методы наблюдения за снежным покровом основаны на взаимосвязях
электромагнитного излучения в широком диапазоне волн с изменчивыми физическими
характеристиками снега (плотность, теплопроводность, влажность и др.). Свежевыпавший
снег отражает около 95 % солнечной радиации в области длин волн 0,3-0,9 мкм (рис.9.12).
Рис. 9.12. Космическое изображение снежного покрова со спутника Orb View [21]
227
Различная степень метаморфизма снежного покрова способствует изменению упо
отражательной способности: минимум отражения соответствует длине волны 1,45 Мкм.Ня
свежего и мелкозернистого снега наблюдаются локальные пики отражения, соответс/
вующие длинам волн 1,8 и 2,25 мкм. Интенсивность собственного излучения снежного
покрова, регистрируемая СВЧ - радиометрами, зависит от его яркостной температура
Для определения степени заснеженности лесных территорий(5) используют алгоритм
S=(R-Rg)/(Rs-Rg), где R - интегральная яркость элемента космического изображения зем
ной поверхности; Rg - яркость почвы с растительностью; Rs - яркость снега. Элементы
изображения земной поверхности обычно относят к классу заснеженных или незаснежен-
ных (обычно к заснеженным относят участки с преобладанием снежного покрова на пло-
щади более 50 %). К одному из показателей точности относят регистрацию факта «при-
сутствие/отсутствие» снежного покрова. Точность выделения границ снежного покрова
определяется размерами элемента изображения, т.е. пространственным разрешением кос-
мической системы и точностью географической привязки изображения.
Картина залегания снежного покрова хорошо прослеживается на космических сним-
ках (рис.9.13). При этом тон изображения заснеженных объектов может меняться в до-
вольно широких пределах - от белого до темно-серого, в зависимости от мощности и со-
стояния снежного покрова (сухой, талый), рельефа местности, наличия и видового состава
растительности, условий съемки. Тон изображения снежного покрова, залегающего под
пологом леса, будет претерпевать изменения в зависимости от степени сомкнутости и
видового состава лесных насаждений.
Рис. 9.13. Фрагмент космическог снимка «Метеор-Природа» с изображением
снежного покрова
Наибольшую трудность при дешифрировании снежного покрова представляет облач
ность, поскольку отражательные свойства этих объектов примерно одинаковы.
вид изображения облачной картины, в отличие от снежного покрова, на снимках быстр0
меняется.
228
Кроме того, границы залегания снежного покрова на снимках просматриваются в ви-
непрерывной линии, тогда как границы облачности, как правило, разорваны. При кар-
т0графиРовании гРаниц снеготаяния по космическим снимкам для начальной привязки
моЖн° использовать карты высот снежного покрова и его границ, которые приводятся в
приложениях к ежедневному гидрометеорологическому бюллетеню метеослужбы.
Применение методов картографирования снежного покрова с использованием данных
спутникового зондирования иногда осложняется из-за нечетких различий изображения
снега и облачности, а также при оценке заснеженности под пологом леса. В перспективе
целесообразно в дополнение к ранее названным диапазонам использование при съемке
спектрального канала 1,55 -1,75 мкм для более надежного различия снега и облаков при
построении средних декадных карт снежного покрова, а также применение СВЧ и ИК
датчиков для оценки толщины снежного покрова с учетом влияния топографии местно-
сти. Пространственное разрешение космических систем должно быть 0,2-1,0 км при ре-
шении задачи на федеральном уровне, 30-50 м - при ее решении на региональном уровне.
Определение степени увлажнения лесных горючих материалов. Целью определе-
ния текущего влагосодержания лесных горючих материалов является корректирование
краткосрочных прогнозов пожарной опасности и диагностика фактической пожарной
обстановки на территории лесного фонда, а также уточнение в связи с этим управленче-
ских решений в системе охраны леса. Для определения текущего влагосодержания лесных
горючих материалов применимы данные съемок, полученные в инфракрасной (1,0-2,5; 3-
5; 8-14 мкм), микроволновой (0,3-3 см) и ультракоротковолновой (1-5 дм) областях элек-
тромагнитного спектра. Методика обработки данных заключается в пространственном
совмещении космических изображений, вычислении радиационной и радиояркостной
температур для пикселей изображений, разностей каждой из этих температур между
смежными циклами съемки и последующих вычислений на основе экспериментальных
моделей влагосодержания лесных горючих материалов. Расчетные модели учитывают
связи между спектральными коэффициентами яркости растительности, входящей в состав
основных проводников горения, тепловой инерцией и влагосодержанием лесных горючих
материалов.
Для решения задачи необходимо измерение радиационной и радиояркостной темпера-
тур подстилающей поверхности в различных спектральных интервалах с точностью 2-3 %
Периодичность наблюдения должна быть 3-5 суток.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
I * Дешифровочные признаки на космических снимках различных катего-
рий земель лесного фонда.
2. Дешифровочные признаки на космических снимках различных групп
насаждений.
Дешифровочные признаки синоптической и лесопожарной обстановки
в лесу.
4- Аналитические методы дешифрирования космических снимков.
Дешифровочные возможности космических снимков различного про-
странственного разрешения.
229
ГЛАВА 10. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
10.1. Цифровое изображение
Поскольку автоматизированная обработка изображений производит-
ся на компьютерной технике с использованием специализированного
программного обеспечения, необходимо представление аэрокосмиче-
ской информации в виде цифровых изображений. С математической
точки зрения, любое изображение есть функция двух пространственных
переменных f(x,y), заданная на ограниченной прямоугольной плоскости
Оху и имеющая определенное множество своих значений. Например,
черно-белая фотография может быть представлена как f (х,у) > 0 , где
0 <х <а,0 <у <Ъ , где f (х,у) - яркость (оптическая плотность) изобра-
жения в точке (х,у)\ а - ширина кадра, Ь - высота кадра. Цифровое изо-
бражение также характеризуется аналогичной функцией, но, в отличие
от аналогового изображения, переменные х и у являются дискретными и
обозначают номера столбцов и строк. Таким образом, цифровое изо-
бражение есть структурированный массив чисел, предназначенный для
визуализации и обработки на компьютерах.
Рис. 10.1. Фрагмент цифрового изображения в цифровом (слева)
и визуализированном (справа) виде
Наиболее часто цифровые изображения представляются в виде ДВУ'
мерных массивов чисел. Такая форма представления называется «РаС“
тровой». Каждое из чисел этих массивов является минимальным эле-
ментом цифрового изображения и называется пикселем. На рис. 10-1 в
230
качестве примера приведен фрагмент цифрового изображения в цифро-
вом и визуализированном виде. Цифровое значение пикселя характери-
зует среднее относительное или абсолютное значение некоторой физи-
ческой характеристики определенного участка поверхности земли (яр-
кость, температура, влажность и т.п.). Каждый пиксель имеет также
простейшие относительные пространственные координаты - номер
строки и номер столбца, которые могут быть в дальнейшем соотнесены
с реальными пространственными координатами. Как правило, каждый
пиксель цифрового изображения кодируется однобайтовым или трех-
байтовым числом. Один байт позволяет представлять 256 возможных
уровней яркости. Однобайтовые растровые изображения используются
для представления черно-белых (gray scale) изображений. При визуали-
зации значение пикселя определяет яркость экрана в соответствующей
ячейке. Для цветных изображений обычно используют формат три бай-
та на пиксель - по 1 байту на каждый из трех основных цветов (24-
битное кодирование).
Современные сканерные съемочные системы обеспечивают получе-
ние информации в виде цифровых изображений. Фотоснимки же для
помещения их в цифровую систему обработки требуют предваритель-
ного преобразования их в цифровой формат. Это производится путем
цифрового кодирования снимка с помощью специальных аналогово-
цифровых преобразователей (сканеров, сканирующих микроденсито-
метров и т.п.).
Большинство аэрокосмических сканерных съемок для целей иссле-
дования земной поверхности проводят в нескольких (3-х и более) спек-
тральных зонах. В этом случае на одну и ту же территорию формирует-
ся набор зональных цифровых изображений, получаемых отдельно для
каждой зоны электромагнитного спектра. Аналогичным образом могут
представляться цветные фотоснимки - при их сканировании могут быть
получены три зональных цифровых изображения. В результате много-
зональные и цветные цифровые изображения формируются в виде на-
бора растровых слоев, существующих либо в отдельных файлах, либо
сопряженных в одном файле.
Существует два основных типа цифровых изображений - количест-
венные и тематические. В количественных изображениях числовые зна-
чения пикселей обозначают некоторые относительные величины реаль-
ных физических параметров отображаемых объектов. Например, яр-
кость, высоту над уровнем моря, температуру, вегетационный индекс,
величину радиоизлучения и т.п. В тематических изображениях число-
ВЫе значения пикселей могут обозначать некоторые цифровые коды,
231
например коды категорий земель, древесных пород, групп полнот, или
номерные значения, например номера классов, выделенных при автома
тезированной классификации и пр. На рисунке 10.2 приведен приме
космического сканерного черно-белого изображения лесной территории
(количественное изображение) и результат его классификации на
4 класса (тематическое изображение).
Рис. 10.2. Пример количественного (слева) и тематического (справа) изображения.
Количественное изображение - фрагмент одноканального цифрового сканерного
изображения лесной территории в оптическом диапазоне. Тематическое изображение -
результат разделения (классификации) тематического изображения на 4 класса -
«облака», «тени облаков», «лесопокрытые территории», «обезлесенные территории
(вырубки)».
10.2. Предварительная обработка изображений
‘Данные дистанционного зондирования из космоса или с воздушных
носителей проходят несколько этапов обработки. После первичной об-
работки, осуществляемой в темпе поступления информации на назем-
ные пункты приема и обработки информации, заключающейся в «рас-
паковке» радиосигналов, разделении данных по каналам, выделении
служебной информации и формировании видеокадров, производится
предварительная обработка полученных изображений.
Предварительная обработка проводится с целью приведения цифр0*
вых космических изображений к виду, максимально удовлетворяющему
конкретным целям и задачам дальнейшей их обработки. Получаемые
результате предварительной обработки вторичные изображения должна
позволять потребителю информации выполнять с некоторой гарантиро-
232
ванной точностью необходимые геометрические и радиометрические
измерения.
Как правило, значительная часть предварительной обработки произ-
водится в организациях, выполняющих съемку. При этом ими выпол-
няются только те виды коррекций, которые являются универсальными и
не зависят от тематики дальнейшего использования изображений. Такая
предварительная обработка называется межотраслевой.
Предварительная обработка, имеющая целью подчеркивание тема-
тической информации, выполняется поставщиком информации в соот-
ветствии с требованиями потребителя с использованием специально
подобранных цепочек преобразований и алгоритмов или непосредст-
венно потребителем.
Основными составляющими предварительной обработки изображе-
ний являются:
- радиометрическая коррекция
- геометрическая коррекция
- сжатие данных
- улучшение изображений.
Радиометрическая коррекция призвана устранить влияние на зна-
чения пикселей изображений приборных и атмосферных помех.
Существует несколько типов приборных помех, связанных с геомет-
рией сканирования приборов дистанционного зондирования и влияю-
щих на качество изображения:
а) «стриппинг» (наличие вертикальных или горизонтальных) полос,
возникающих в результате ухудшения чувствительности детектора по
отношению к другим детекторам датчика сканирующего прибора;
б) «шумы», как в бортовой, так и в наземной аппаратуре приема и
обработки данных, приводят к образованию импульсных случайных
всплесков сигналов, произвольно расположенных по всему полю изо-
бражения;
в) «сбойные строки», возникающие в результате потери функции пе-
редачи модуляции сигнала, поступающего на вход детектора ПЗС ли-
Нейки, или временного насыщения детектора во время сканирования
(подобно эффекту ослепления сетчатки глаза при работе вспышки фото-
аппарата).
Влияние атмосферы не всегда явно проявляется на спутниковых
изображениях, так как является составной частью сигнала, поступающе-
г° на вход приемного датчика. Однако для более тонкого последующего
тематического анализа изображений, например получения количествен-
ных характеристик объектов или выявления изменений территории, не-
233
обходимо устранять погрешности в значениях пикселей, вызванных
атмосферными эффектами.
Устранение указанных приборных и атмосферных помех на изобра-
жениях производится по специально разработанным алгоритмам в про-
цессе межотраслевой обработки.
Геометрическая коррекция призвана устранить искажения полу-
ченного цифрового изображения, вызванные влиянием вращения и кри-
визны Земли, особенностями сканерной развертки, наличием перспек-
тивных искажений. К геометрической коррекции относится также про-
странственная привязка цифровых изображений к топографической ос-
нове ГИС с учетом влияния рельефа наблюдаемой местности. Геомет-
рические погрешности необработанных спутниковых снимков пред-
ставлены изменением масштаба. Это значит, что разные части снимков
зачастую имеют различный масштаб. После геометрических коррекций
масштаб должен стать постоянным по всему изображению. Необходи-
мость этих геометрических преобразований обусловлена высокими тре-
бованиями к точности измерений при оценке лесов. Еще большее зна-
чение они приобретают при работе с разновременными изображениями,
когда требуется высокая точность пространственного совмещения
снимков.
Искажения, вызванные вращением и кривизной Земли и разверткой
сканера, устраняются в процессе межотраслевой обработки на основе
получаемых вместе с изображениями параметрических данных съемки и
сканера с помощью специальных математических моделей.
Для ввода цифровых изображений в ГИС и совмещения их с различ-
ными картами необходимо более существенное преобразование -
трансформирование. При этом для изображений равнинной поверхно-
сти и слабохолмистых участков в зависимости от параметров съемки
(высота съемки, полоса захвата, угол визирования) чаще всего доста-
точно двухмерного трансформирования, позволяющего перевести «ис-
каженную» плоскость цифрового изображения в проекцию топографи-
ческой основы используемой ГИС, принятую за «истинную».
Для трансформирования космических изображений, кроме операции
масштабирования, сдвига и поворота, традиционно используются поли-
номиальные преобразования, которые строятся на основе информации о
координатах опорных точек, опознаваемых на изображении. При
трансформировании космических сканерных изображений, для учета
сложных геометрических искажений, рекомендуется использовать по-
линомы высокого порядка, что требует знания координат большого ко-
личества опорных точек.
234
Трансформирование изображений поверхностей, где влияние релье-
фа на геометрию снимков более существенно, требует использования
еще более сложных преобразований - ортотрансформирования, осу-
ществляемых с использованием принципов и подходов цифровой фото-
грамметрии. Основой для проведения ортотрансформирования является
цифровая модель рельефа (ЦМР) изучаемой местности и информация о
положении камеры или датчика в момент съемки (элементы внешнего и
внутреннего ориентирования).
Алгоритмы, используемые для учета особенностей геометрии сенсо-
ра, определения элементов внутреннего ориентирования снимков по
опорным точкам, решения задачи триангуляции и ортотрансформирова-
ния, позволяют достичь точности, оцениваемой долями пикселя
(subpixel).
Цифровая модель рельефа может быть получена по следующим дан-
ным:
1) растровые файлы в форматах DTED, USGS DEM и других;
2) горизонтали, точки и орографические линии в векторных форма-
тах, полученные по топографическим картам;
3) модели нерегулярной триангуляционной сети (TIN);
4) стереомодели, полученные по стереопарам цифровых изображе-
ний.
В последнем случае может быть применен метод корреляции изо-
бражений, с целью нахождения на стереопаре одноименных точек и
присвоения им координат X, У и Z с использованием триангуляционной
информации. Сформированная сеть точек с отметками высот использу-
ется для создания цифровой модели рельефа.
При любом геометрическом преобразовании цифрового изображе-
ния возникает задача передискретизации значений пикселей. Поскольку
пиксели характеризуют некоторые пространственные единицы террито-
рии и изображение ассоциируется с некоторой таблицей с одинаковыми
квадратными ячейками (рис. 10.3,а), то после геометрических коррекций
эти квадраты превращаются в четырехугольники самой различной фор-
мы и размера, в зависимости от сложности преобразования (рис. 10.3,6).
Пересчет значений пикселей для формируемых при геометрических
преобразованиях вторичных изображений (рис. 10.3,в) может выпол-
няться различными методами интерполяции:
- методом ближайшего соседа;
- билинейной интерполяции;
• кубической интерполяции.
235
Рис. 10.3. Передискретизация пикселей изображения при трансформировании
Метод ближайшего соседа * простейший и самый быстрый из трех методов вычисле-
ний, который приписывает пикселю вторичного изображения значение ближайшего к его
ретрансформированным координатам пикселя исходного изображения. Таким образом,
значение пикселя из файла исходного снимка становится значением пикселя трансформи-
рованного изображения. Преимуществом этого метода является сохранение исходных
значений яркостей снимка, благодаря чему не происходит потери экстремальных и слабо
различающихся значений, что важно для дешифрирования снимка. Однако при примене-
нии метода для пересчета значений из сетки более крупного размера в сетку меньшего
размера обычно имеет место эффект «ступенчатости» вокруг диагональных линий и кри-
вых, пропадание пикселей.
Метод билинейной интерполяции базируется на вычислении расстояний между ме-
стоположением ретрансформированной координаты (w,v) и четырьмя ближайшими пиксе-
лями исходного изображения (в окне 2x2). Для расчета применяют метод средневзвешен-
ной интерполяции. При использовании метода билинейной интерполяции трансформиро-
ванное изображение получается сглаженным, отсутствует эффект «ступенчатости», как
это бывает в случае применения метода ближайшего соседа. Однако это приводит к поте-
ре экстремальных значений яркости и некоторому сглаживанию границ.
Метод кубической интерполяции аналогичен предыдущему, но для расчета исполь-
зует окрестность из 16 пикселей в окне (матрице) 4x4, интерполируя их значения полино-
мами 3-ей степени. Так как применяется кубическая, а не линейная функция, пиксели,
более удаленные от ретрансформированного, имеют экспоненциально меньший вес по
сравнению с более близкими к нему. Используя разные виды весовых коэффициентов,
можно либо усреднить и сгладить значения яркости, либо повысить контраст.
В большинстве случаев применения метода кубической интерполяции (кубической
конволюции) в трансформированном изображении сохраняется среднее и стандартное
отклонение значений яркости, присущие исходному изображению, но увеличивается кон-
трастность изображения и сглаживаются шумы. Этот метод рекомендуется при значи-
тельном изменении размера ячейки сетки. Однако метод наиболее емкий по количеству
вычислений и поэтому самый медленный.
Учитывая, что при трансформировании цифровых изображений ис-
ходные значения пикселей преобразуются в некоторые производные
236
значения, которые могут не совсем правильно отображать реальные
характеристики земной поверхности, рекомендуется классификацию
проводить по исходными снимкам, а трансформировать уже изображе-
ние, созданное в результате классификации.
Сжатие изображений производится с целью уменьшения объема,
занимаемого цифровыми изображениями для их хранения и передачи.
Изображения занимают намного больше места в памяти, чем любые
другие данные. Так, изображение Landsat только в одном канале зани-
мает около 70 Мб, не говоря уж об изображениях более высокого раз-
решения. Понятно, что хранение и обработка таких объемных файлов
вызовет определенные трудности. При создании алгоритмов сжатия -
компрессии графики используются особенности структуры изображе-
ния.
Существующие методы сжатия изображений можно разделить на
две условные категории - архивацию (сжатие) и компрессию (конверти-
рование). Разница между этими способами в том, что второй не подра-
зумевает полного восстановления исходного сохраненного изображения
в полном качестве.
Программы архивации анализируют наличие в сжимаемых данных
некоторых одинаковых последовательностей данных и исключает их,
записывая вместо повторяющегося фрагмента ссылку на предыдущий
такой же (для последующего восстановления). Наибольшее распростра-
нение имеют алгоритмы архивации RLE, CCITT, LZW и ZIP.
При компрессии (конвертировании) данных обычно информация не-
много «портится» по сравнению с оригинальной, но этими искажениями
можно управлять, и при их небольшом значении ими вполне можно
пренебречь. Файлы, сохраненные с использованием этого способа хра-
нения, занимают значительно меньше дискового пространства, чем
файлы, сохраненные с использованием простой архивации (сжатия).
Для понижения объемов файлов с некоторой потерей информации,
можно также использовать изменение цветовой модели графического
файла, изменение разрешения растрового файла и ресемплирование
(изменение глубины цвета пикселей).
Улучшение изображений производится с целью усиления визуаль-
ной различимости анализируемых элементов изображения. При улуч-
шении изображений используют преимущественно радиометрические
Методы. Наиболее распространенные из них - это различные методы
к°нтрастирования, эквализация, пастеризация, инверсия, разнообразные
пР°странственные фильтры (свертки), а также методы, основанные на
Использовании многозональное™ изображений - метод главных компо-
237
нент, индексы, алгебраические операции и т.п. Рассмотрим некоторые
из них.
Контрастирование. Это процедура радиометрического улучшения
изображения, при которой на выходе интервалы внутри области растя-
жения увеличиваются за счет значений пикселей, расположенных за ее
пределами. Различают линейное, нелинейное и кусочно-линейное кон-
трастирование. Линейное и нелинейное контрастирование получили
свои названия от видов функции, применяемой в этой процедуре. При
кусочно-линейном контрастировании используется полилинейная
функция, изменяющая свой угол наклона на различных участках гисто-
граммы.
Использование линейного контрастирования является наиболее про-
стым способом визуального улучшения изображения, часто необходи-
мым для просмотра на экране необработанных изображений. Нелиней-
ная функция может быть использована для получения выходного изо-
бражения с плавными переходами вдоль всего диапазона гистограммы.
Кусочно-линейная функция позволяет выявить изображение мало-
контрастных объектов посредством выделения отдельных участков гис-
тограммы. Обычно гистограмма разбивается на три участка: участок
низких, средних и высоких значений. Максимальные значения более
низкого диапазона являются минимальными по отношению к после-
дующему, что позволяет одновременно варьировать контрастами сосед-
них интервалов. Например, при повышении контраста нижнего интер-
вала происходит снижение значений контраста пикселей, расположен-
ных в среднем интервале (рис. 10.4).
Гистограмма до обработки
Гистограмма после обработки
Рис. 10.4. Изменение гистограммы изображения до и после процедуры
радиометрического улучшения
238
Уравнивание или эквализация гистограммы. Гистограммная эквали-
заиия - это процедура нелинейной коррекции изображений, при кото-
рой происходит перераспределение значений пикселей внутри гисто-
граммы, с целью ее приблизительного выравнивания в количественном
отношении всех пикселей. Гистограмма приобретает более пологую
форму, причем контраст изображения возрастает в пиковых участках
гистограммы и падает на ее краях (рис. 10.5).
Г истограмма изображения Г истограмма изобра-
до эквализации жения после
эквализации
Пик гистограммы
Рис. 10.5. Пример эквализации гистограммы
Пиксели на
краю гисто-
граммы груп-
пируются -
контраст
уменьшился
Для того чтобы выполнить эту процедуру, задаются количеством
однородных групп или бинов, в которые будут перегруппировываться
пиксели. Например, чтобы провести эквализацию гистограммы с общим
диапазоном от 0 до 240 на 10 бинов, в каждой группе бинов должно
быть на выходе 24 значения пикселей. Присвоение новых значений пик-
селей производится в соответствии с их принадлежностью к бинам.
Инверсия изображения. Функция инверсии создает на выходе новое
изображение, обладающее противоположным контрастом по отноше-
нию к оригиналу. Темные детали изображения становятся светлыми и,
наоборот, светлые - темными. Этот подход полезен также для изобра-
жений, полученных в результате сканирования негативов.
Пространственные фильтры (свертки) - методы пространственного
Улучшения изображений, при которых изменение значений пикселей
производится на основе анализа ближайшей к ним окрестности. Этот
подход основан на усреднении значений ограниченного набора пиксе-
Леи> попадающих в скользящее по изображению окно (матрицу) фикси-
239
рованного размера. Матрица содержит набор коэффициентов, которые
умножаются на значения пикселей, попавших в скользящее окно. Поел
этого результат перемножения суммируется и делится на сумму коэб
фициентов матрицы скользящего окна. Полученное значение округляет
ся до целой величины и присваивается пикселю, расположенному в
центре скользящего окна. Обычно используются окна (матрицы) разме-
ром 3x3, 5x5 и 7x7 пикселей.
Математически это выражается следующим образом:
где fy - коэффициент матрицы, расположенный в i строке и j колонке
скользящего окна;
dij - значения пикселей, соответствующие коэффициентам матрицы;
q - размер окна;
F - сумма коэффициентов в матрице (при сумме равной О, F = 1);
V- новое значение центрального пикселя.
В зависимости от коэффициентов матрицы фильтры могут быть вы-
сокочастотными и низкочастотными. Высокочастотные фильтры увели-
чивают пространственную частоту, подчеркивая края между группами
пикселей с однородными значениями. Низкочастотные фильтры
уменьшают пространственную частоту, по существу являясь простым
осреднением значений пикселей, сглаживают изображение.
Матрица с коэффициентами, сумма которых равна нулю, использу-
ется для детектирования краев между однородными участками изобра-
жения. Этот фильтр сглаживает или обнуляет значения пикселей в уча-
стках изображения с низкой пространственной частотой и создает силь-
ный контраст, где пространственная частота высокая. Результирующее
изображение представляет собой только краевые и нулевые значения
пикселей.
Для улучшения качества изображений может использоваться также
другой подход, основанный на улучшении пространственного разреше-
ния одного изображения за счет другого. Например, приборы Landsat
ТМ позволяют получать цифровые изображения земной поверхности в
шести каналах с пространственным разрешением пикселей 28,5 м. Да^
чик спутника SPOT, работающий в панхроматическом диапазоне (SPU
PAN), получает изображения в одном широком диапазоне с пространст
венным разрешением пикселей Юм. Комбинации изображений этих
240
путников или им подобных могут значительно
^гики изображений обоих датчиков.
Существует несколько алгоритмов или модел
улучшению изображений:
? - использование метода главных компонент дл
улучшить характерн-
ей данного подхода к
1 преобразования цве-
тового пространства из системы координат RGB (красный, зеленый,
синий) в систему координат IHS (интенсивность, цветность, насыщен-
ность) и обратно, с последующей заменой 1 главной компоненты на
изображение более высокого разрешения (например, SPOT PAN) по
отношению к исходному;
- комбинация высокочастотного изображения (например, SPOT
PAN) в пространственном отношении с изображением высокого спек-
трального разрешения (Landsat ТМ).
Спектральный подход к улучшению изображений. Методы спек-
трального улучшения изображений, направленные на получение допол-
нительной информации из оригинальных изображений, требуют ис-
пользования нескольких каналов. Наиболее распространенными мето-
дами, применяемыми в системах обработки спутниковых изображений
для спектрального улучшения изображений, являются следующие под-
ходы.
• Анализ главных компонент.
• Алгебраические операции с изображениями.
• Декорреляционное контрастирование изображения главных компо-
нент.
• Вегетационные индексы.
• Преобразование данных для оптимизации просмотра изображений
Для исследований растительного покрова.
Анализ главных компонент. Этот подход часто используется для со-
кращения излишне большого количества каналов изображения исход-
ных данных ДЗ и преобразование их в более интерпретируемые для ис-
следований данные по сравнению с оригиналами.
Процесс легко объясняется на примере двух каналов. Ниже приво-
дится пример двухмерной гистограммы двухканального изображения с
нормальным распределением и эллипсом рассеяния значений пикселей
W каналов (рис. 10.6). В результате обработки изображений данных
каналов исходные оси в двумерном пространстве А и Б каналов повора-
чиваются параллельно осям эллипса, изменяя, таким образом, и коорди-
Нать1 значений пикселей каждого канала.
Длина и направление самой длинной полуоси эллипса вычисляется с
’нощью матричной алгебры и называется первой главной компонен-
241
той (ПГК). Изображение ПГК содержит значения пикселей с наиболь
шими вариациями данных А и Б каналов.
На рис. 10.6 видно, что диапазон ПГК всегда больше, чем диапазоны
исходных каналов, подобно как гипотенуза прямоугольного треуголь-
ника всегда больше его катетов.
Рис. 10.6. Пример двухмерной гистограммы с эллипсом рассеяния А и Б каналов
цифрового изображения
Вторая главная компонента (ВГК) всегда располагается перпендику-
лярно к первой, совпадая со второй полуосью эллипса, и отражает наи-
большие вариации в исходных данных, не попавших в первую главную
•компоненту.
Для описания «-мерного пространства спектральных каналов изо-
бражения используются гиперэллипсоиды с соответствующим количе-
ством полуосей и л-ым количеством главных компонент. Хотя анализ
главных компонент способен вычислять л-ое количество компонент,
только первые несколько компонент содержат наибольшие вариации
значений пикселей исходных каналов, и, соответственно, только они
могут содержать наиболее полезную информацию исходных изображе-
ний. Однако для некоторых приложений полезно выполнять сбор ком-
понент-каналов с остаточными вариациями, характерными, например,
для шумов датчиков, чтобы впоследствии их подавить.
242
Алгебраические операции с изображениями - еще один из способов
пектрального улучшения изображений, наиболее используемых для
изучения растительного покрова. При этом используются вычисления
соотношений между спектральными каналами одного изображения, а
та10ке между различными изображениями. Часто используются и триго-
нометрические функции, которые могут быть эффективными для спек-
трального контрастирования изображений.
Наиболее часто алгебрагические операции используют для вычисле-
ния индексов, способных минимизировать некоторые погрешности изо-
бражения, которые не связаны с природными особенностями объектов,
расположенных на земной поверхности, например, влияние облачности
и теней от них. В научных исследованиях и практике наибольшее рас-
пространение получил основанный на комбинации спектральных кана-
лов изображений ДДЗ, нормализованный разностный вегетационный
индекс (NDVI). Он позволяет выявлять особенности растительного по-
крова, отличая его от других природных образований. Математически
этот индекс представляет собой комбинацию изображений в красном
(R) и ближнем инфракрасном каналах (//?):
Трансформированный разностный вегетационный индекс представляет
собой модифицированный разностный вегетационный индекс, а именно:
NDVI™ = ~- + 0,5~
NIR + R
10.3. Интерактивные методы дешифрирования
Интерактивные методы дешифрирования материалов аэрокосмиче-
ских съемок основаны на рациональном сочетании знаний и опыта де-
шифровщика и возможностей компьютерных технологий. Простейшим
примером его является дешифрирование по изображению на экране мо-
нитора.
Использование компьютерной техники позволяет в значительной
МеРе расширить возможности визуального и аналитико-измерительного
ДещиФрирования. Современные программно-технические средства по-
Зв°ляют работать с различными вариантами синтеза многозональных
изображений, использовать сочетания изображений различного проис-
Х0)Кдения и давности и их производные, увеличивать многократно на
ЭкРане компьютера изображение дешифрируемого объекта (таксацион-
243
ного выдела или его части), осуществлять визуальное контурное и лесо-
таксационное дешифрирование, проводить в автоматизированном ре
жиме различные измерения, например, сомкнутости полога, диаметров
и площадей проекций крон деревьев (или их групп), подсчитывать чис-
ло видимых на снимке деревьев, в том числе по породам или их груп.
пам, измерять длину теней деревьев или других объектов (на аэро- и
космических снимках высокого разрешения), измерять высоты деревьев
по разности продольных параллаксов.
Объектом анализа при интерактивном дешифрировании являются
цифровые изображения различного происхождения. Это могут быть
переведенные в цифровую форму аэро- или космические фотоснимки
многоканальные сканерные изображения, радарные изображения, дан-
ные сканирующих радиометров и др. При дешифрировании могут быть
также использованы сочетания изображений различного разрешения,
происхождения и давности, а также сочетания цифровых данных дис-
танционного зондирования с разнообразными картографическими и
атрибутивными (фактологическими) данными в среде современных
геоинформационных систем.
В отличие от дешифрирования по фотоснимкам при интерактивном
методе дешифрирования можно корректировать визуализируемое на
экране изображение и преобразовывать его в наиболее информативный
и удобный для дешифровщика вид. Существует множество алгоритмов
улучшения и преобразования изображений - изображение можно кон-
трастировать, убрать шумы и сбойные строки, изменить цветопередачу,
сгладить или подчеркнуть с помощью различных морфологических
фильтров различные элементы изображения и т.д.
Использование при дешифрировании фотоснимков жестко привязы-
вает дешифровщика к определенному масштабу. При интерактивном
методе имеется возможность оперативно увеличивать и уменьшать изо-
бражение до масштаба, позволяющего извлечь максимум информации.
При интерактивном методе получаемые контуры сразу формируются
в векторном или растровом виде.
В простейшем виде технология интерактивного визуального лесного
дешифрирования заключается в выделении объектов и определении их
таксационных характеристик непосредственно на экране монитора ком-
пьютера. Для этого формируется изображение, которое может быть
синтезом зональных изображений, синтезом любых других изображе-
ний или результатов их обработки, например, главных компонент. ПоД'
готовленное для обработки изображение выводится на экран в виде ело*
- подложки и увеличивается до нужного масштаба.
244
С помощью курсора дешифровщик-оператор производит оконтури-
вание нужных участков. Современные программные средства обеспечи-
вают удобный и доступный интерфейс даже для неопытного пользова-
теля. При этом получаемые контуры сразу формируются в векторном
или растровом виде и автоматически вычисляются их площади. Для
каждого выделенного в виде замкнутого контура участка визуальным,
измерительным или автоматизированным методом с использованием
различных программных и технологических приемов определяются так-
сационные характеристики.
Компьютерная система для визуального анализа изображений может
быть оснащена устройством для работы со стереоизображениями. На-
пример, затворными жидкокристаллическими очками, обеспечивающи-
ми раздельную передачу на правый и левый глаза дешифровщика соот-
ветствующих растровых изображений за счет синхронизации мигания
развертки экрана и срабатывания затворов. Специальное программное
обеспечение в комплекте с этим устройством позволяет производить
стереоскопическое дешифрирование.
По завершении формирования набора контуров и их характеристик
данные передаются в общую базу картографических и таксационных
данных для дальнейшей их обработки и актуализации.
Дешифровочные признаки, используемые при интерактивном де-
шифрировании оцифрованных фотоснимков и линейных комбинаций
спектральных каналов, аналогичны используемым при визуально-
инструментальном дешифрировании. При дешифрировании производ-
ных изображений система дешифровочных признаков разрабатывается
отдельно для каждого варианта.
Следует отметить, что практически все современные методы автома-
тизированной классификации изображений (см. раздел 10.4) в той или
иной мере являются интерактивными, поскольку требуют либо предва-
рительного участия опытного дешифровщика в процессе подготовки и
настройки классификатора, либо участия после классификации для
оценки результатов.
10.4. Методы автоматизированной классификации спутниковых
изображений
10.4.1. Общий подход к классификации цифровых изображений
Под классификацией понимается процесс отнесения объектов рас-
трового цифрового изображения к одному из заранее заданных темати-
ческих классов. Основанием для этого служит некоторая совокупность
критериев близости значений свойственных им признаков. Примени-
245
тельно к изображениям процесс классификации часто также называют
сегментацией. В качестве минимальных объектов при классификаци
цифрового изображения чаще всего используются минимальные эле
менты этого изображения - пиксели, однако в некоторых задачах могут
быть использованы более крупные участки, например, таксационные
выдели.
Тематическими классами применительно к территории лесного фон-
да могут быть категории земель, насаждения с преобладанием различ-
ных древесных пород или групп пород, групп возраста, полнот, запаса и
т.д. Соответственно результатом классификации изображения могут
быть карты категорий земель, с отображением покрытых лесом земель
вырубок, болот, пастбищ, водных объектов, населенных пунктов и т.д,-
карты лесонасаждений, характеризующие распределение покрытых ле-
сом земель по преобладающим породам или их группам, карты распре-
деления насаждений по классам состояния и др.
Методологически классификация изображений базируется на теории
распознавания образов, основанной на извлечении и анализе статистик
по яркостным, спектральным, текстурным или геометрическим свойст-
вам изображенных объектов. При классификации формируется вирту-
альное л-мерное пространство признаков (п - кол-во признаков) которое
на основе заложенных в алгоритм классификации математических кри-
териев разделяется на замкнутые области, каждая из которых приписы-
вается тому или иному тематическому классу. На основании этого раз-
деления и производится сегментация цифрового изображения, в резуль-
тате чего формируется новое изображение, представляющее собой рас-
тровую карту пространственного распределения участков, отнесенных
классификатором к анализируемым классам.
Существующие методы классификации делятся на контролируемые
и неконтролируемые. Автоматизированная контролируемая (управляе-
мая) классификация основывается на использовании для разделения
пространства признаков на классы характеристик распознаваемых клас-
сов, получаемых с помощью специально подобранных эталонов - так
называемой обучающей выборки. Соответственно контролируемая
классификация требует предварительного формирования набора этало-
нов соответствующих образам или распознаваемым типам объектов
земной поверхности (тематическим классам). Эталоны могут быть
идентифицированы с помощью аэрофотоснимков, данных наземных
обследований или существующих карт. Не достижение требуемого
уровня точности последующей классификации может служить основа-
246
нием для дополнительного обучения системы, изменения множества
^познаваемых классов или принятия результатов классификации.
Р Неконтролируемая (неуправляемая) классификация относится к раз-
яду автоматических и менее зависящих от управления со стороны
пользователя процедур. Обучения здесь не производится. Пользователь
лишь определяет некоторые параметры (количество выделяемых клас-
сов-кластеров, итераций и др.), используемые затем системой для выяв-
ления статистически различимых групп объектов (пикселей, участков,
выделов) на основе анализа самих данных. Результатом такой класси-
фикации является набор автоматически сформированных классов, назы-
ваемых обычно кластерами, которые образуются объектами со сходны-
ми значениями признаков распознавания. Использование неконтроли-
руемой классификации требует последующей идентификации выделен-
ных кластеров для отнесения их к тематическим классам или группам
классов. Этот подход обычно используется в случаях, когда знания об
объекте отсутствуют или недостаточны для проведения качественного
обучения.
Как управляемая, так и неуправляемая классификации изображений
основаны на использовании наборов спектральных, текстурных, гео-
метрических и других характеристик объектов, называемых сигнатура-
ми. Каждому заданному при обучении классу или полученному автома-
тически кластеру соответствует своя сигнатура, которая используется
для установления принадлежности к нему классифицируемых объектов
изображения. Сигнатуры при этом могут быть параметрическими и не-
параметрическими.
Параметрические сигнатуры основаны на статистических парамет-
рах объектов, относящихся к обучающей выборке. Например, средняя
яркость, дисперсия и др. Набор параметрических сигнатур может быть
использован классификаторами статистического типа (например, типа
максимума правдоподобия) для определения классов.
Непараметрические сигнатуры представляют собой описания клас-
сов в пространстве признаков, как правило, в виде n-мерных гисто-
грамм значений параметров объектов (пикселей, выделов и т.п.), при-
надлежащих каждому классу (п равно количеству параметров). Непара-
метрические классификаторы используют набор непараметрических
сигнатур для отнесения пикселей или участков к классам, основываясь
На расположении их сигнатур внутри или за пределами соответствую-
ц*Их областей в пространстве признаков изображения.
После того, как сигнатуры определены, все минимальные объекты
изображения (пиксели, выделы и т.п.) могут быть отнесены на их осно-
247
ве к тому или иному классу, используя классификационное решающее
правило. Под решающим правилом понимается математический алго-
ритм, использующий содержащиеся в сигнатурах данные для отнесения
пикселей к установленным классам. Решающие правила, в свою оче-
редь, подразделяются соответственно на параметрические и не парамет-
рические.
В случае, если каждому объекту изображения соответствует п при-
знаков распознавания (например, если изображение получено в и-ом
количестве спектральных каналов), каждый объект изображения может
быть представлен точкой л-мерного пространства признаков. Если п = 2
пространство признаков распознавания может быть представлено на
плоскости (рис. 10.7).
Когда имеется некоторое множество объектов, условно относящихся
к одному типу покрытия земной поверхности, то, как правило, они рас-
полагаются в виде облака точек (рис. 10.7В), а не в виде одной точки,
как это изображено на рис. 10.7А.
Хвойный лес
Открытая почва
Хвойный лес
Открытая почва
Лиственный лес
Лиственный лес
Рис. 10.7. Представление объектов в пространстве признаков изображения
Это характерное для данных дистанционного зондирования явление
рассеяния значений признаков объектов одного типа является результа-
том воздействия ряда случайных факторов природного и технического
характера, например, таких как вариации плотности растительного по-
крова, атмосферные возмущения, «шумы» аппаратуры дистанционного
зондирования и т.д. Тем не менее, облака точек (кластеры), относящие-
ся к определенным типам земной поверхности, обычно более или менее
различимы, и в таких случаях, возможно, связать локализованные оо-
248
ласти пространства признаков с конкретными типами объектов. Вместе
с тем, для изображений большинства природных объектов характерно
частичное перекрытие соответствующих им кластеров в пространстве
признаков, что существенно усложняет решение задачи классификации
(рис. Ю.8).
Хвойный лес
+ **О* X „
*00 ххх Открытая почва
*оо*оххххх
о*оооохх *
OOOOXOXX
ООООООХ
оО ХО
оООо
Лиственный лес
Рис 10.8. Перекрытие объектов в пространстве признаков
Таким образом, задача классификации состоит на первом этапе в оп-
тимальном разбиении пространства признаков на области решения та-
ким образом, ^гобы каждая из них относилась к одному из различимых
классов с минимальным перепутыванием, а затем в создании классифи-
катора, позволяющего относить любой произвольный пиксель изобра-
жения к классу, в область решения которого он попадает.
10.4.2. Методы управляемой классификации изображений
Управляемая классификация обычно предпочтительна в случаях, ко-
гда необходимо выделить относительно небольшое число классов и ко-
гда пользователь имеет возможность задать на изображении обучаю-
щую выборку. Обучающая выборка представляет собой совокупность
Участков, подкрепленных, как правило, информацией из других прове-
ренных источников (например, материалов наземного обследования)
или уверенно опознаваемых однородных территорий, соответствующих
каждому из выбранных классов. То есть возможность использования
Управляемой классификации требует априорных знаний:
- количество классов объектов, представленных на изображении и
подлежащих распознаванию;
- места расположения выборочных участков, соответствующих каж-
дому из классов.
249
Набор пикселей, попавших в обучающую выборку, позволяет вы-
числить статистики признаков, а затем создать и оценить сигнатуры
распознаваемых классов. После создания и оценки соответствующего
набора сигнатур производится собственно классификация изображения
каждый пиксель которого анализируется независимо. Вектор признаков
каждого пикселя сравнивается с сигнатурами в соответствии с решаю-
щими правилами.
В теории распознавания образов разработано большое число мето-
дов и алгоритмов управляемой классификации, наибольшее распро-
странение из которых при обработке данных дистанционного зондиро-
вания нашли следующие:
- метод параллелепипеда;
- минимальных расстояний;
- максимума правдоподобия.
Метод параллелепипеда основан на сравнении значений пикселей
изображения с заданными нижними и верхними пределами. В качестве
пределов могут выступать, например, рассчитываемые на основе сред-
них значений и стандартных отклонений сигнатур минимальные и мак-
симальные значения в каждом спектральном канале. После того, как
значения нижнего и верхнего пределов признаков каждой сигнатуры
определены, пиксель считается принадлежащим заданному классу в
случае, если его значение попадает в интервал между ними. Рис. 10.9
отображает принцип классификации данных методом параллелепипеда.
Значения признака А
• -пиксели класса 1
▲ -пиксели класса 2
-пиксели класса 3
7 -неклассифициро-
ванные пиксели
Рис. 10.9. Классификация данных в пространстве двух признаков
методом параллелепипеда
В случаях, когда пиксель попадает в область перекрытия двух или более полигонов,
пользователь должен определить самостоятельно, к какому классу они будут отнесен
250
ндн отказаться от их классификации. В последнем случае пиксели попадут в разряд не
классифицированных.
Метод минимального расстояния основан на вычислении евклидо-
вых расстояний в пространстве признаков между вектором значений
произвольного пикселя и векторами средних значений для каждой сиг-
натуры (рис. 10.10). Пиксель считается принадлежащим классу, расстоя-
ние от которого до среднего значения сигнатуры оказывается мини-
мальным. Близким, по сути, к данному методу является подход, учиты-
вающий изменчивость значений пикселей внутри сигнатур отдельных
классов и основанный на вычислении в пространстве признаков рас-
стояний Махаланобиса.
Значение признака А
Рис. 10.10. Классификация данных в пространстве двух признаков
методом параллелепипеда
Метод максимального правдоподобия (иначе называемый классифи-
кацией по Байесу) основан на вычислении вероятности принадлежности
пикселя классу в предположении нормального распределения значений
признаков с учетом априорной вероятности встречаемости каждого
класса, задаваемой весовыми факторами.
В случае, если пользователю не известны априорные вероятности
классов, рекомендуется задание одинаковых весовых факторов для всех
классов, принимаемых равными 1.0.
Пиксель считается относящимся к классу, для которого значение
правдоподобия, вычисляемое с учетом априорных вероятностей, при-
нимает минимальное значение.
10.43. Методы неконтролируемой классификации изображений
Методы неконтролируемой классификации, часто называемые кла-
сгперным анализом, или кластеризацией, основаны на естественной
группировке классифицируемых объектов изображения на основе ана-
251
лиза пространства признаков, полученного по всем объектам изображе-
ния. Они не требуют предварительного обучения классификатора, одна-
ко после классификации на пользователя возлагается задача интерпре-
тации полученных классов (кластеров). Часть методов кластеризации
требует задания некоторых параметров, в соответствии с которыми
производится анализ пространства признаков и формирование класте-
ров. Такими параметрами могут быть число кластеров, число итераций
и другие.
Существуют три основные разновидности методов кластерного ана-
лиза. К первой из них относятся методы, основанные на отыскании мо-
ды распределения. Идея этих методов состоит в том, что кластеры соот-
ветствуют максимумам плотности распределения данных. Поэтому не-
обходимо оценивать плотность распределения и отыскивать все макси-
мумы (моды), каждый из которых соответствует некоторому кластеру.
Затем каждый объект (пиксель) может быть отнесен к одному из кла-
стеров на основе некоторого критерия, устанавливающего границы ме-
жду кластерами в пространстве признаков. Данный метод не требует
задания числа кластеров для выполнения анализа.
Если число кластеров известно заранее, можно воспользоваться вто-
рой разновидностью кластерного анализа - методом, в котором в каче-
стве критерия используется отношение внутрикластерной и межкла-
стерной дисперсий. В основе такого подхода лежит идея о том, что пик-
сели (объекты) принадлежат кластеру с наиболее близким средним зна-
чением. Например, средние значения (центры) на первом этапе могут
выбираться случайным образом, но так, чтобы они были окружены дру-
гими пикселями (объектами). На втором этапе процедуры проводится
отнесение объектов к тем кластерам, центры которых находятся ближе
всего. После этого подсчитываются новые средние значения для класте-
ров, и повторяется второй шаг процедуры, которая является сходящей-
ся. Результат кластеризации может зависеть от выбора начальных сред-
них значений кластеров. Если кластеры, полученные в результате при-
менения этой процедуры, не являются «истинными», то различное на-
значение исходных средних может привести к различным результатам
кластеризации. Если число кластеров априори неизвестно, процедуру
следует повторить для различного числа кластеров.
Наиболее широко известен алгоритм ISODATA, относящийся к дан-
ной разновидности методов кластерного анализа. Этот алгоритм отно-
сится к категории самоорганизующихся, поскольку требует минималь-
ных априорных знаний пользователя для задания исходных параметров-
Указанный алгоритм использует критерий близости точек в простран-
252
стве признаков. Процесс начинается с задания числа выделяемых кла-
стеров, имеющих произвольные средние значения. Последующая авто-
матическая итеративная процедура направлена на последовательное
приближение начальных значений к центрам кластеров. После каждой
итерации вычисляются новые центры кластеров с учетом расположения в
пространстве признаков пикселей, соответствующих каждому из них.
Процесс повторяется до тех пор, пока изменения между итерациями не
станут минимальными. На рис. 10.11 приведен пример классификации
3-зонального изображения SPOT методом I SOD АТА на 5 кластеров.
Рис. 10.11 Результат неконтролируемой классификации алгоритмом ISODATA
изображения SPOT на пять кластеров
И, наконец, третья разновидность - иерархические схемы кластери-
зации. При их использовании обычно каждый минимальный объект
кластеризации (чаще всего - пиксель) рассматривается как отдельный
кластер. Затем пары ближайших, наиболее похожих кластеров, объеди-
няются; этот шаг повторяется вплоть до получения единственного кла-
стера. Использование этого метода предполагает, что некоторым обра-
зом определен способ измерения расстояния между кластерами. Напри-
мер, расстоянием между кластерами можно считать расстояние между
средними значениями кластеров, между двумя ближайшими объектами
или между двумя наиболее удаленными объектами. В результате при-
менения этого метода строится некоторая разновидность дерева, назы-
ваемая часто «дендрограммой» и отображающая процесс последова-
тельного объединения кластеров с учетом соответствующей меры кла-
стеризации. Окончательный вариант кластеризации выбирается по ден-
дрограмме пользователем.
Получаемые при неконтролируемой классификации классы-
Кластеры являются машинными, то есть выделенными на основе мате-
253
матического анализа признаков близости объектов (пикселей) по неко-
торым заложенным в алгоритмах кластеризаций критериям. Поэтому во
всех случаях завершающим этапом кластеризации является процесс
идентификации кластеров, т.е. процесс установления их принадлежно-
сти определенным тематическим классам или группам классов. Напри-
мер, тематический класс «вырубки» очень разнообразен, сюда включа-
ются и сильно минерализованные участки, и участки с густым сохра-
нившемся подростом, участки с травяным покровом, с покровом из мха
или хвоща, густо возобновившиеся порослью лиственных пород и тому
подобное. Спектральные свойства всех этих участков сильно различа-
ются, и большинство алгоритмов кластеризации выделит отдельно мно-
гие из них. При идентификации все эти кластеры надо будет объединять
в один. Возможен и обратный эффект - когда в один кластер попадают
различные тематические классы. Например, в приведенном на рис 10.11
результате классификации видно, что свежие вырубки и сельскохозяй-
ственные угодья оказались объединены в один кластер (синий), другой
кластер (малиновый) объединяет все лиственные и хвойные насаждения
старше 40-50-ти лет и т.д. В этом случае требуется либо изменение па-
раметров кластеризации, либо использование других более информа-
тивных изображений, либо корректировка тематических классов (в слу-
чае если по используемым изображениям они не различаются).
10.4.4 . Классификация на основе искусственных нейронных сетей
Развитие современных компьютерных технологий привело к созда-
нию уникального вида программных и аппаратных продуктов - нейрон-
ных сетей, моделирующих работу головного мозга человека. Искусст-
венные нейронные сети (ИНС) состоят из программно сконструирован-
ных элементов - «нейронов» с «аксонами» и «дендритами», созданных
по аналогии с нейронами коры головного мозга. Эти «нейроны» органи-
зуются по способу, который может соответствовать анатомии мозга -
они соединены между собой «синоптическими» связями и образуют
многослойную сетевую структуру, способную самообучаться. ИНС
функционирует благодаря своей структуре, а не с помощью использова-
ния программирования. То есть, учет новых фактов заключается в «пе-
реобучении» сети с их участием, а не в переделывании программы.
На рис. 10.12 приведена схема элементарного нейрона ИНС. В ней-
рон по синапсам (связям), обозначенным стрелками, от других нейро-
нов, например, нейронов предыдущего слоя, поступает набор входных
сигналов Xj-xn. Каждый их них корректируется весовыми коэффии*161?
тами и поступает в сумматор X ячейки нейрона. В результате оп
254
Рис. 10.12. Искусственный нейрон
ределяется текущее состояние
п
нейрона S = £ х, * w, . Выход
/=1
нейрона есть функция его со-
стояния у = f(S), которая может
иметь различный вид. Наиболее
распространена логистическая
функция /(х) =
Как правило, передаточные
функции f(x) всех нейронов в
сети фиксированы, а веса и’ яв-
ляются параметрами сети и могут изменяться. Некоторые входы нейро-
нов помечены как внешние входы сети, а некоторые выходы - как
внешние выходы сети. Подавая любые числа на входы сети, мы получа-
ем какой-то набор чисел на выходах сети. Таким образом, работа нейро-
сети состоит в преобразовании входного вектора в выходной вектор,
причем это преобразование задается весами сети.
ИНС может рассматриваться как направленный граф со взвешенны-
ми связями, в котором искусственные нейроны являются узлами. По
архитектуре связей ИНС могут быть разделены на два класса
(рис. 10.13): сети прямого распространения, в которых графы не имеют
петель, и рекуррентные сети, или сети с обратными связями.
В наиболее распространенном семействе сетей первого класса, назы-
ваемых многослойным персептроном, нейроны расположены слоями и
имеют однонаправленные связи между слоями. Сети прямого распро-
странения являются статическими в том смысле, что на заданный вход
они вырабатывают одну совокупность выходных значений, не завися-
щих от предыдущего состояния сети. Рекуррентные сети являются ди-
намическими, так как в силу обратных связей в них модифицируются
входы нейронов (весовые коэффициенты), что приводит к изменению
состояния сети.
Теоретически число слоев и число нейронов в каждом слое может
быть произвольным, однако фактически оно ограничено ресурсами
компьютера или специализированной микросхемы, на которых обычно
Реализуется ИНС. Чем сложнее ИНС, тем масштабнее задачи, подвласт-
ные ей. Обучение ИНС может вестись с учителем или без него. В пер-
вом случае сети предъявляются значения как входных, так и желатель-
ных выходных сигналов, и она по некоторому внутреннему алгоритму
подстраивает веса своих синоптических связей.
255
Рис. 10.13. Архитектура сетей прямого распространения и рекуррентных
(с обратной связью)
Во втором случае выходы ИНС формируются самостоятельно, а веса
изменяются по алгоритму, учитывающему только входные и производ-
ные от них сигналы. Алгоритмы обучения делятся на два больших клас-
са: детерминистские и стохастические. В первом из них подстройка ве-
сов представляет собой жесткую последовательность действий, во вто-
ром она производится на основе действий, подчиняющихся некоторо-
му случайному процессу. Еще одна классификация делит НС на син-
хронные и асинхронные. В первом случае в каждый момент времени свое
состояние меняет лишь один нейрон. Во втором - состояние меняется сразу
у целой группы нейронов, как правило, у всего слоя.
10.5. Оценка разделимости классов и точности результатов
классификации изображений
При решении задачи классификации необходимо оценить ее по-
грешность, которая существенно зависит от геометрии образов в про-
странстве признаков, в котором классифицируемые пиксели или выде-
ли (при повыдельной классификации) изображаются в виде точек, при-
надлежащих различным множествам, геометрически представленных
разделяемыми классами. Если эти множества являются пересекающи-
мися, то это означает, что в области пересечения выделы с совпадаю'
256
щими значениями признаков могут относиться к различным классам, в
результате чего при проведении границ классов неизбежны ошибки.
В процессе анализа результатов классификации целесообразно про-
извести предварительную оценку принципиальной возможности разде-
ления выбранных тематических классов. В качестве критерия раздели-
мости этих классов может быть использована статистическая мера рас-
стояния между их сигнатурами. Разделимость может быть вычислена
для каждой пары классов при любой комбинации признаков, исполь-
зуемой в классификации. Если расстояние в пространстве признаков
между двумя классами незначительно в любой комбинации признаков,
это означает, что они не могут быть разделены при последующей клас-
сификации или будут разделяться с большими ошибками. Такая оценка
позволяет на предварительном этапе выявить плохо классифицируемые
тематические классы и, по возможности, скорректировать их.
Имеются различные формализованные критерии для оценки разде-
лимости классов. Все они учитывают матрицы ковариаций и вектора
средних значений сигнатур классов. Ниже приведены некоторые из
наиболее часто используемых критериев разделимости.
Дивергенция.
Для вычисления дивергенции используется следующая формула:
Dv = l/2tr[(CrCj) (С-'-С/')] + l/2tr[(C['-Cj') (UrUj) (UrUj/],
где inj - индексы сравниваемых классов;
Ct - матрица ковариаций класса г;
Vi - вектор средних значений класса /;
tr - след матрицы;
Т - функция транспонирования.
Трансформированная дивергенция.
Этот критерий вычисляется на основе описанного выше показателя
Дивергенции следующим образом:
TDij=2[l-exp(-Di/8)].
Расстояние Джефриса-Матусита.
Формулы для вычисления расстояния Джефриса-Матусита (J) при-
ведены ниже:
Jy =[2(1-е-“)]1/2,
где а = 1/8 (UrUj)T[(C-C^J-'fUrUj) + l\2ln{\(Ci-Cj)/2\ * |СУ|>'ЛЛ
гДе Ln - функция натурального логарифма;
IQ - определитель матрицы С,.
Приведенные критерии имеют свои нижние и верхние границы. Если
вЫчисленное значение критерия разделимости равно верхней границе,
257
можно утверждать, что оцениваемые классы полностью разделимы, а в
случае равенства его нулю можно сделать заключение о неразделимости
классов по использованному набору признаков.
Процедура классификации, как правило, сопровождается оценкой
получаемых результатов на основе прямых или косвенных критериев
точности.
В качестве косвенного критерия оценки результатов может быть ис-
пользована вероятность правильной классификации каждого пикселя
вычисляемая на основе расстояния в пространстве признаков между
пикселем и векторами средних каждого класса. Чем ближе пиксель рас-
положен в пространстве признаков к классу, к которому он был отнесен
по результатам классификации, тем выше вероятность того, что класси-
фикация выполнена правильно.
Прямая оценка точности классификации выполняется на основе
сравнения полученных результатов с данными, принимаемыми в каче-
стве достоверных, и получаемыми, как правило, по материалам назем-
ного обследования. Она производится на основе оценки вероятности
ошибки, получаемой путем деления числа ошибочно классифицирован-
ных объектов (пикселей, выделов и пр.) контрольной выборки на их
общее число. Однако полученная оценка является интегральной и не
отражает межклассовое перепутывание (ошибку). Более наглядно ис-
пользование попарной оценки вероятности перепутывания классов. Ре-
зультаты оценки точности представляются в этом случае в виде матри-
цы ошибок (матрицы перепутывания), имеющей размерность СхС, где С
- число классов. Элементы матрицы содержат значения попарного пере-
путывания классов рассчитываемого по формуле:
Nb
Mba=^S(Vn-a\
где а, b- номера классов;
М - подмножество контрольной выборки N относящихся к классу Ь\
Vn - полученный в результате классификации номер класса л-го пик-
селя/выдела подмножества 7V6;
3(х) =
1, х = 0
О, X Ф 0 ’
Матрица перепутывания чаще выражается в относительных едини-
цах от суммарного размера класса:
258
10.6. Методология автоматизированной обработки спутниковых
изображений при картографировании и мониторинге лесов
10.6.1. Распознавание категорий земель и классов лесных
насаждений
В основе распознавания и картографирования по данным дистанци-
онного зондирования категорий земель лесного фонда и классов лесных
насаждений, различающихся породной и возрастной структурой, полно-
той, условиями местопроизрастания и другими характеристиками, ле-
жат спектрально-яркостные различия. Наиболее выражены эти различия
в красной и ближней ИК-областях спектра. Эти спектральные диапазо-
ны и используются в основном для распознавания изображенных на
снимках лесных объектов.
Обработка изображений может производиться путем контролируе-
мой или неконтролируемой классификации (кластеризации) (см. раздел
Ю.4.). При дешифрировании лесов предпочтительнее использовать ме-
тоды контролируемой классификации (с обучением). При их примене-
нии первоначально на основе имеющихся наземных данных, предшест-
вующего опыта дешифрирования и знания информативных возможно-
стей выбранной космической информации определяется перечень тема-
тических классов. Например, для классификации изображения МСУ-Э с
использованием метода максимального правдоподобия, были выбраны
9 классов объектов, выделение которых возможно по данным космиче-
ским снимкам. Это насаждения хвойные, смешанные и лиственные,
ольшаники (на увлажнённых почвах), сельскохозяйственные земли, на-
селенные пункты, болота, вырубки, прогалины, водные объекты.
Для обучения классификатора и дальнейшей оценки точности клас-
сификации формируются набор обучающих и контрольных участков -
по несколько участков для каждого тематического класса в каждую вы-
борку. Для этого из базы данных подбираются выделы или их части,
соответствующие выбранным классам. Обучающие и контрольные уча-
стки желательно назначать внутри отобранных выделов. Это связано с
тем, что приграничные области выделов являются обычно менее одно-
родными. Кроме того, может быть некоторое несовпадение контуров
выделов, изображенных на карте, со снимками при совмещении их
средствами ГИС. Для каждого класса по обучающим участкам произво-
дится расчет статистических показателей сигнатур: минимальное, мак-
симальное, среднее значения и дисперсия сигнатуры в каждой спек-
тральной зоне, а также ковариации между данной зоной и остальными
зонами. В результате для каждого класса создаются наборы статистиче-
ских показателей сигнатур.
259
Далее проводится анализ сигнатур. Для этого могут использоваться
сами значения показателей сигнатур, сведенные в таблицу (табл. Ю 1)
линейные графики сигнатур (рис. 10.14) или 2-мерные матрицы с облас-
тями попарных значений дивергенции (рис. 10.15, табл. 10.2) либо другие
показатели, а также многомерные гистограммы значений яркостей
и матрицы корреляций между зональными яркостями.
Таблица 10.1
Средние значения т и стандартные отклонения и яркости категорий земель
на изображениях со спутника SPOT
Категория земель Диапазон 0,5-0,6 мкм Диапазон 0,6-0,7 мкм Диапазон 0,8-0,9 мкм
m а m а m а
Естественные насаждения 14,5 5,9 12,6 6,0 86,6 21,5
Несомкнувшиеся лесные культуры 30,6 3,3 31,3 5,9 156,3 19,9
Вырубки 37,4 20,0 47,9 32,1 102,2 30,4
Пастбища и сенокосы 33,3 2,1 29,5 2,2 178,6 14,8
Рис. 10.14. Графики средних значений яркостей сигнатур (спектральный профиль)
тематических классов, полученные по трем зонам изображения МСУ-Э
260
Рис. 10.15. Спектральные сигнатуры изображений насаждений с преобладанием сосны
относящихся к различным группам возраста в 2-х мерном пространстве спектральных
признаков, соответствующих каналам XS2 (0.6-0.7 мкм) и XS3 (0.8-0.9 мкм) изображения
со спутника SPOT: зеленый овал - молодняки 1-го класса возраста, сиреневый - молодняки
2-го класса возраста, красный - средневозрастные насаждения,
черный - спелые насаждения
Таблица 10.2
Значения критерия дивергенции при распознавании основных категорий земель
по изображениям со спутника SPOT
Категории земель Вырубки Пастбища и сенокосы Естественные насаждения Несомкнувшиеся лесные культуры
Вырубки 0,00
Пастбища и сенокосы 0,88 0,00
Естественные насаждения 0,97 0,99 0,00
Несомкнувшиеся лесные культуры 0,75 0,78 0,95 0,00
Анализ позволяет выявить тематические классы, имеющие довольно
близкие, перекрывающиеся сигнатуры. Близость и большое перекрытие
сигнатур свидетельствует о том, что данные пары или группы классов
плохо различаются на данной информации и при классификации воз-
можен высокий уровень ошибок. Чтобы избежать этого, рекомендуется
либо найти более информативную для разделения данных тематических
классов информацию, либо объединить эти классы в более крупные. К
примеру, классы смешанных и лиственных насаждений из-за близости
средних значений во всех спектральных каналах (рис. 10.14) было ре-
261
шено объединить в один класс Также можно объединить классы, со-
ставляющие нелесные земли.
На рис. 10.15 наглядно представлено, что, несмотря на различия в
средних значениях яркостей классов, некоторые из них, за счет широко-
го разброса значений, показателем которого является стандартное от-
клонение, могут в различной степени перепутываться с другими клас-
сами. Пересечения овалов, характеризующих области классов, постро-
енные по средним значениям и стандартным отклонениям, и есть облас-
ти их перепутывания. Чем больше перекрываются овалы, тем больше
перепутываются классы.
Попарные значения критерия дивергенции также позволяют пред-
ложить возможные варианты группировки тематических классов в бо-
лее крупные. Чем выше значение критерия, тем выше возможность раз-
деления классов, а при достижении максимального значения, равного
единице, классы можно считать полностью разделимыми. Приведенные
в табл. 10.2 значения дивергенции достаточно высоки, что свидетельст-
вует о хорошей разделимости выбранных тематических классов.
Результаты автоматизированной классификации оцениваются по
контрольной выборке, которую составляют участки, не участвовавшие в
обучении классификатора. Вероятность правильного распознавания
каждого класса получается делением числа правильно классифициро-
ванных контрольных участков (пикселей) на общее число выделов (пик-
селей) контрольной выборки. Для наглядной оценки результатов клас-
сификации из рассчитанных вероятностей формируется матрица перепу-
тывания (см. раздел 10.5). Пример такой матрицы приведен в табл. 10.3.
г Таблица 10.3
Результаты классификации изображения МСУ-Э
методом максимального правдоподобия с обучением
Тематические классы Результаты классификации (%)
хвойные сме- шанные лист- венные прога- лины болота прочие
Хвойные 73 26 1
Смешанные 61 32 5 2
Лиственные 7 75 1 17
Прогалины 6 41 37 17
Болота 1 45 38 г 16 _
Из таблицы видно, что 73 % площади контрольных участков темати-
ческого класса «хвойные насаждения» при классификации были распо-
знаны правильно, 26% отнесены к классу «смешанные», а 1% - к лист-
262
венным насаждениям. Смешанные насаждения распознаны правильно в
61% случаев, лиственные - в 75%, прогалины - в 41% и болота - в 38%.
Большие ошибки в классификации болот и прогалин связаны с их вза-
имным перепутыванием и свидетельствуют, что по дешифровочным
признакам эти два класса в данном случае близки и не разделяются. По-
этому их следует объединить и провести повторную классификацию.
При проведении классификации лесов по спутниковым изображени-
ям необходимо учитывать влияние таких факторов, как полнота насаж-
дений, их фенологическое и лесопатологическое состояние, условия
местопроизрастания, наличие подроста и подлеска, рельеф местности и
некоторые другие характеристики, влияющие на спектрально-яркостные
свойства изображаемых объектов. Учет их может осуществляться как за
счет использования соответствующих методов предварительной обра-
ботки изображений и алгоритмов классификации, в том числе основан-
ных на моделях спектрального смешения, так и объединением спутни-
ковых изображений с данными других типов информации (цифровыми
моделями рельефа, почвенными картами и т.д.) в среде ГИС.
Использование дополнительно спутниковых данных в других спек-
тральных диапазонах оптического излучения, например средней и даль-
ней ИК областях спектра, а также в радиодиапазоне также может повы-
сить вероятность распознавания категорий земель и типов лесных наса-
ждений.
10.6.2. Выявление изменений в лесах по спутниковым
изображениям
Выявление различных изменений в лесах основано на сопоставлении
разновременной информации. При этом изображения могут выступать в
качестве источника информации о состоянии лесного покрова в некото-
рые фиксированные отсчеты времени или применяться в сочетании с
Другими пространственно-координированными данными о лесах, на-
пример, такими как карты или базы данных геоинформационной систе-
мы. Методы анализа изображений при этом имеют существенные отли-
чительные особенности.
Представленная на рис. 10.16 схема отражает основные положения,
заложенные в методологию выявления изменений в лесах и обновления
Данных о лесном фонде с использованием спутниковых изображений и
геоинформационной системы.
263
Рис. 10.16. Логическая схема выявления изменений в лесах и обновления данных о лесном
фонде с использованием спутниковых изображений и геоинформационной
системы
В основу методологии положена тесная интеграция спутниковых
изображений и банка данных геоинформационной системы, а также ме-
тодов их совместного использования практически на всех этапах анали-
за и обработки информации.
Спутниковые изображения в данной логической схеме могут быть
представлены как одиночными, так и несколькими разновременными
одно- или многозональными данными спутниковой съемки некоторой
фиксированной лесной территории, представляющей интерес с точки
зрения актуализации данных о лесном фонде.
Банк данных ГИС представляет организованную совокупность
цифровых карт и атрибутивных данных и формируется по материалам
последнего лесоустройства, включая таксационную и картографиче-
скую составляющие, и топографическим картам. В состав банка данных
ГИС может также включаться цифровая модель рельефа.
Методологией выявления изменений в лесах по спутниковым изо-
бражениям предусмотрено последовательное выполнение ряда этапов:
- предварительная обработка изображений;
- выявление изменений;
- постобработка изображений участков изменений для их подготовки
к включению в цифровую карту лесных насаждений;
264
. актуализация цифровых карт и информации о лесном фонде в со-
банка данных ГИС.
Методология выявления изменений в лесах по спутниковым изобра-
жениям предполагает выполнение комплекса взаимосвязанных после-
довательных процедур (этапов), часть которых носит итеративный ха-
рактер. В обобщенном виде она включает следующие последователь-
ные действия:
- формирование поля «сигнальных признаков»;
- селекция областей интереса на изображении или поле «сигнальных
признаков»;
- выявление пикселей - кандидатов в участки изменений лесного по-
крова по аномалиям яркостей изображения или поля «сигнальных при-
знаков»;
- классификация и интерпретация аномальных пикселей для выявле-
ния участков изменений в лесах на основе экспертного анализа с ис-
пользованием банка данных ГИС и опорных спектральных сигнатур.
Этап формирования поля сигнальных признаков, служащих основой
последующего детектирования участков изменений, в значительной
мере определяется структурой используемого набора спутниковых дан-
ных и алгоритмами их анализа. Под понятием поля сигнальных призна-
ков может пониматься некоторая комбинация исходных, предваритель-
но преобразованных в спектральном или пространственном отношении,
или тематически обработанных спутниковых изображений, в наилуч-
шей мере отвечающих задаче обнаружения изменений в лесах, в соот-
ветствии с априорно известными видами этих изменений, типами дос-
тупных данных спутниковых наблюдений и алгоритмами их анализа.
Содержание этапа формирования сигнальных признаков для выяв-
ления изменений в лесах по спутниковым изображениям, как собствен-
но и этапа формирования признаков в общей теории распознавания об-
разов, практически не поддается строгой формализации и требует уча-
стия экспертов. Возможные пути решения этой задачи находятся в зави-
симости от ряда сопутствующих факторов, в числе которых доступ-
ность одномоментных или разновременных спутниковых изображений,
согласованность типов разновременных спутниковых изображений и
вспень совпадения условий их получения, виды изменений лесного
Покрова, а также используемые методы и алгоритмы последующего их
выявления.
Этап селекции областей интереса на поле сигнальных признаков вы-
п°лняется с использованием банка данных ГИС и предназначен для ог-
раничения на изображении участков с заданными свойствами, например
265
принадлежащих некоторым категориям земель лесного фонда или на
саждениям с соответствующими таксационными характеристиками
Значимость этого этапа существенно варьирует в зависимости от ис-
пользуемой техники выявления изменений. Так, в частности, он может
быть отнесен к числу ключевых процедур при выявлении изменений в
лесах по аномалиям «сигнальных признаков», полученных с использо-
ванием одномоментных изображений, и в то же время носит вспомога-
тельный характер в алгоритмах, основанных на анализе разновремен-
ных спутниковых данных.
Доступность одномоментных или разновременных спутниковых изо-
бражений является одним из важнейших факторов, определяющих не
только содержание этапа формирования поля сигнальных признаков, но
также и технику всего последующего анализа данных.
В совокупности используемых для выявления изменений методов
можно выделить ряд характерных черт, позволяющих говорить о нали-
чии различных подходов, обладающих как определенными преимуще-
ствами, так и ограничениями, определяющими характерные сферы при-
менения.
Метод цветового синтеза разновременных изображений. Отно-
сится к наиболее простым и предполагает формирование на экране ком-
пьютера производного изображения, образованного путем цветового
синтеза снимков, полученных в две различные даты. Это обеспечивает
визуализацию изображения различными цветами не изменившихся и
изменившихся участков, что проявляется в характере величин значений
яркости. При правильном выборе спектрального диапазона съемки
можно добиться возможности тематической интерпретации изменений
спектральной яркости между двумя разновременными изображениями
состояния лесорастительного покрова.
Этот простой метод имеет весьма существенные ограничения, по-
скольку обеспечивает получение только визуального результата без
возможностей последующей количественной оценки яркостных призна-
ков. Вместе с тем он может эффективно использоваться для предвари-
тельного анализа изменений в сочетании с иными, ориентированными
на количественные оценки методами.
Метод яркостных разностей разновременных изображений. Реа'
лизует количественный подход, основанный на вычислении разностей
значений яркости разновременных изображений, полученных в одина-
ковых спектральных диапазонах. Результирующие изображения позво-
ляют выявлять участки изменений как в положительных, так и отрица-
тельных значениях яркостных разностей, а их знак и величина могу1
266
быть положены в основу содержательной интерпретации вида и вели-
чины трансформации лесного покрова. Последующее применение к
разностному изображению пороговых процедур позволяет формировать
тематические карты изменений в лесах.
К особенностям данного подхода относится необходимость выпол-
нения процедуры взаимной нормализации разновременных изображе-
ний, основанной на итеративном применении линейных регрессионных
уравнений связи значений яркости с последовательным исключением
пикселей, относящихся к участкам вероятных изменений.
Сопоставление результатов независимой классификации разно-
временных изображений. Этот метод имеет существенное преимуще-
ство - он не накладывает жестких ограничений на идентичность усло-
вий съемки разновременных космических изображений. При этом необ-
ходимо обеспечить сопоставимость классификации разновременных
изображений и общность множества тематических классов.
Вычисление главных компонент по разновременным изображениям.
Применение метода к двум разновременным многоспектральным изо-
бражениям позволяет получать на основе линейных комбинаций исход-
ных снимков производные изображения главных компонент, каждому
из которых могут соответствовать определенные виды изменений на
местности. Основная трудность применения метода состоит в том, что-
бы выбрать комбинацию спектральных каналов, позволяющую добить-
ся соответствия различных видов изменений различным главным ком-
понентам. При этом тематическая интерпретация результатов выявле-
ния изменений бывает затруднена в связи с переходом от содержатель-
ного в физическом отношении спектрально-яркостного описания ис-
ходных изображений к значениям главных компонент, имеющим более
абстрактную математико-статистическую трактовку.
При анализе возможностей применения названных выше методов
необходимо учитывать, что здесь указаны лишь их основные черты, а на
практике встречаются различные вариации, определяемые спецификой
конкретной тематической задачи, характеристиками изображений и ус-
ловиями съемки, требованиями к точности и видам выявляемых изме-
нений. Так, анализ исходных многоспектральных данных На основе цве-
тового синтеза или вычисления радиометрических’разностей разновре-
м^нных изображений может быть заменен или дополнен обработкой
полученных для каждой даты производных изображений, таких Хак зна-
чения вегетационного индекса, или линейной комбинации Исходных
Изображений на основе применения метода главных компонент, фак-
^рного анализа и других трансформаций.
267
Широкий арсенал методов может быть использован при выявлении
изменений по разновременным спутниковым изображениям, получен-
ным одним типом датчика. Кроме того, результаты исследований пока-
зывают, что использование именно такой комбинации данных в сочета-
нии с анализом векторов изменений по разностям «сигнальных призна-
ков» обладает наиболее высокой информативностью с точки зрения
разнообразия видов и масштабов выявляемых в лесах изменений.
Наличие этапа классификации и интерпретации аномалий сигналь-
ных признаков вызвано необходимостью определения типов изменений
в лесах, выявляемых на их основе по спутниковым изображениям, а
также задачей фильтрации аномалий, не связанных с реальными изме-
нениями на местности. К появлению последних могут приводить раз-
личные факторы, основными из которых являются следующие:
- остаточные ошибки пространственного совмещения разновремен-
ных спутниковых изображений, а также спутниковых изображений и
цифровых карт банка данных ГИС;
- ошибки таксационных характеристик насаждений в банке данных
ГИС;
- атмосферные и другие условия в момент спутниковой съемки,
влияние которых не поддается полному устранению на этапе радиомет-
рической коррекции изображений (например, облачность);
- наличие естественных пространственных неоднородностей распо-
знаваемых классов, а также недостаточно полный учет факторов, оказы-
вающих влияние на яркостные свойства изображений участков, вклю-
ченных по заданным таксационным характеристикам в область интереса
для поиска аномалий;
- изменения параметров состояния компонентов лесных экосистем,
не связанных с трансформацией насаждений или их таксационных ха-
рактеристик (влажность напочвенного покрова и т.п.).
Решение задачи фильтрации аномалий «сигнальных признаков», не
связанных с изменениями характеристик лесных насаждений и транс-
формацией категорий лесных земель, а также классификация участков
реальных изменений по их типам осуществляется на основе экспертно-
го анализа с использованием банка данных ГИС, а также банка опорных
спектральных сигнатур.
Этап постобработки изображений участков изменений предназна-
чен для их подготовки к включению в обновляемую цифровую карту
границ лесных насаждений банка данных ГИС. Содержание этого этапа,
как правило, включает в себя фильтрацию полученных изображении
измененных участков для исключения отдельных пикселей или их неболь
268
групп, не представляющих интереса с точки зрения картографиче-
о отображения. Последующая векторизация изображений направ-
i на получение границ участков изменений, необходимых для актуа-
ции цифровой карты.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Цифровое космическое изображение. Сущность, основные понятия.
Виды предварительной обработки изображений, их суть и назначение.
Интерактивное дешифрирование.
Методы и алгоритмы автоматизированной классификации.
Методы оценки результатов автоматизированного дешифрирования.
Автоматизированные методы выявления изменений в лесах по косми-
зм снимкам.
ГЛАВА И. ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ
ПРИ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ЛЕСОВ
11.1. Применение аэрофотоснимков при таксации лесов наземными
методами
При таксации леса наземными методами аэрофотоснимки
(М 1:10000 при I-П и 1:15000-1:20000 при III разрядах лесоустройства)*
преимущественно цветные спектрозональные (рис. 11.1), используют
для составления фотоабриса на каждый квартал, установления границ
таксационных выделов и уточнения их таксационных характеристик
определяемых наземными методами в процессе таксации по ходовым
линиям.
Рис. 11.1. Цветной спектрозональный аэрофотоснимок масштаба 1:10 000.
Белая линия — границы квартала
♦С середины 90-х гг. съемку проводят и в более мелких масштабах (1:40 000 - 1:60000)
с последующим изготовлением увеличенных снимков.
270
Применение аэрофотоснимков значительно сокращает затраты труда
и средств на проведение полевых работ при одновременном существен-
ном повышении точности установления контуров выделов и определе-
ния таксационных характеристик насаждений.
До начала полевых работ аэрофотоснимки, после оценки их качест-
ва, готовят к натурным работам: распределяют между исполнителями
по таксаторским участкам; со схемы организации территории на аэро-
фотоснимки переносят границы устраиваемого лесохозяйственного
предприятия, лесничеств, планшетные рамки и просеки, если они не
просматриваются на аэрофотоснимках, их устанавливают приближенно
по ориентирам; подбирают стереопары снимков и производят их взаим-
ное ориентирование, отграничивают рабочие площади. Опознают и
фиксируют дороги, трассы, тропы, все другие ходовые линии на рабо-
чей площади аэрофотоснимков. Иногда до выезда на полевые работы
определяют масштаб аэрофотоснимков (по фокусному расстоянию
АФА и высоте аэросъемки, определяемой по данным радиовысотомера,
GPS или с использованием планшетов предыдущего лесоустройства или
топокарт), выполняют предварительное контурное дешифрирование,
при котором выделяют в первую очередь не покрытые лесом и нелес-
ные земли, покрытые лесом земли разделяют на таксационные выделы.
Таксационная тренировка. В начале полевого периода таксаторы
проходят коллективную таксационную тренировку, сначала на предва-
рительно подготовленных пробных площадях, а затем - на таксацион-
ном ходе. В процессе тренировки отрабатывают глазомер по определе-
нию таксационных показателей; изучают дешифровочные признаки на-
саждений и других категорий земель; приобретают навыки определения
по аэрофотоснимкам глазомерным аналитическим методом состава
насаждений, полноты, высоты, возраста, типа леса (типа условий место-
произрастания); достигают однообразия приемов лесоинвентаризации,
оформления полевых материалов и назначения хозяйственных меро-
приятий.
После тренировки на пробных площадях каждый таксатор самостоя-
тельно готовит фотоабрис и выполняет до выхода в лес контурное и
глазомерное аналитическое таксационное дешифрирование выделов,
примыкающих к таксационному ходу, с учетом характера изображения
на аэрофотоснимках насаждений и других категорий земель. Затем в
поле таксируется им каждый выдел глазомерно-измерительным мето-
дом. Руководитель тренировки сравнивает данные дешифрирования и
Глазомерной таксации с данными выборочно-перечислительной такса-
ми и при наличии ошибок анализирует их причины.
271
В процессе натурной тренировки осваивают также технику опозна
ния и нанесения на аэрофотоснимки квартальных просек, границ, визи
ров и других ходовых линий; контурных опорных точек, границ такса-
ционных выделов по их фотоизображению и ориентирам; рационально-
го размещения таксационных ходов, прокладки их по аэрофотоснимкам
и в натуре. По результатам тренировки дают заключение о допуске так-
саторов к производственной таксации.
Полевые лесоинвентаризационные работы. При съемочно-
геодезических работах помощник таксатора составляет на каждый квар-
тал фотоабрис. При отсутствии помощника эту работу выполняет такса-
тор. Восстанавливают (при первичном лесоустройстве прорубают) и
промеряют границы, просеки, визиры с точностью не ниже 1:500 при I-
II и 1:300 при III разрядах лесоустройства с установкой через 200 м пи-
кетных кольев. В процессе промера опознают и наносят на аэрофото-
снимки промеряемые линии; если они ранее не были опознаны в каме-
ральных условиях, «привязывают» их к ориентирам.
На лицевой стороне окончательно оформленного фотоабриса нано-
сят просеки, визиры, границы, контуры таксационных выделов, опо-
знанные ориентиры и контурные точки, номера кварталов, находящихся
в пределах рабочей площади аэрофотоснимка (рис. 11.2,а). Дороги, тро-
пы, реки, ручьи, мелиоративные каналы, видимые только под стерео-
скопом, наносят цветной тушью. На обратной стороне фотоабриса
должны быть проколы ориентиров и контурных точек с их привязками,
просеки и визиры с указанием длины (в горизонтальном проложении) и
направления промера, привязки ходовых линий, отметки пересечения
четких границ выделов с просеками и визирами, масштаб аэрофото-
снимка (рис. 11.2,6). Если масштаб не был определен ранее, то его вы-
числяют по результатам промеров минимум двух точно опознанных
линий разного направления. В резкопересеченной местности масштаб
устанавливают для отдельных частей снимка. Использование в качестве
фотоабрисов аэрофотоснимков исключает необходимость инструмен-
тальной съемки границ кварталов по естественным рубежам и внутрен-
ней ситуации, поскольку они могут быть достаточно точно перенесены
с аэрофотоснимков на составляемые лесоустройством планово-
картографические материалы.
При наземных таксационных работах для каждого отграниченного
на фотоабрисе таксационного участка непосредственно в лесу опреде-
ляют его таксационную характеристику, уточняют границы выделов,
установленные ранее при камеральном дешифрировании, одновременно
дают качественную оценку хозяйственной деятельности, проведенной в
272
истекшем ревизионном периоде в выделах, и назначают хозяйственные
мероприятия на предстоящий ревизионный период. Наземную таксацию
насаждений выполняют глазомерно. Для получения более точных дан-
ных применяют таксационные приборы и инструменты, с помощью ко-
торых определяют возраст, высоту, диаметр, сумму площадей сечения
(полноту) таксируемых насаждений.
0-® Таксйцисмыа Оыйыы ff
3—30 Пункты таксации
Рис. 11.2. Пример оформления фотоабриса: а-лицевая; б - обратная стороны
При описании в натуре каждый выдел изучают по аэрофотоснимкам.
Определяют число и местоположение пунктов таксации. При этом рабо-
ты по I-П разрядам выполняют с заходом в каждый выдел, ориентируясь
по аэрофотоснимкам; по III разряду - по квартальным просекам и визи-
рам с заходом в участки приспевающих, спелых и перестойных насаж-
дений, расположенные между ходовыми линиями. На обратной стороне
фотоабриса стрелками указывают направление хода от выдела к выделу.
Пункты таксации на фотоабрисе отмечают проколом и номером.
Окончательную таксационную характеристику выдела устанавлива-
ет при всех разрядах лесоустройства только после изучения его осо-
енностей по аэрофотоснимкам непосредственно в лесу, анализируя
Долученные в натуре таксационные характеристики и сопоставляя их с
поражением всей площади таксационного выдела на аэрофотосним-
ках.
273
11.2. Инвентаризация лесов на основе сочетания наземной таксации
с камеральным дешифрированием аэрофотоснимков
Метод предусматривает частичную замену наземной таксации каме-
ральным дешифрированием цветных спектрозональных аэрофотосним-
ков. Его применяют при первичном и повторном лесоустройстве в рай-
онах с относительно простыми по составу и структуре насаждениями.
Изучение объекта и составление таблиц встречаемости насажде-
ний. В начале подготовительных работ по материалам прошлого лесо-
устройства, аэро- и космическим снимкам, картографическим материа-
лам, литературным источникам изучают географические и лесорасти-
тельные условия и особенности насаждений на территории лесоустрой-
ства, чтобы выявить их разнообразие в таксационном отношении и рас-
пределение по площади. Подбирают и изучают материалы, характери-
зующие лесные почвы и гидрологические условия, типы условий ме-
стопроизрастания и типы леса, вспомогательные лесотаксационные и
дешифровочные таблицы и материалы по взаимосвязям между таксаци-
онными и дешифровочными показателями. Территорию делят на одно-
родные (по лесорастительным условиям, происхождению, хозяйствен-
ной освоенности) части.
При работе по таксации леса методом камерального аналитико-
измерительного дешифрирования аэрофотоснимков необходимо знать
взаимосвязи между дешифровочными показателями, получившими изо-
бражение на снимках, и таксационными показателями, характеризую-
щими насаждения. Признаки дешифрирования и взаимосвязи между
таксационными и дешифровочными показателями изучают примени-
тельно к однородному лесорастительному району - ландшафту. Для это-
го используют таксационно-дешифровочные пробные площади и дан-
ные выборочной измерительно-перечислительной таксации в наиболее
характерных (типичных) выделах.
Для выявления степени представленности насаждений с преобладанием тех или иных
древесных пород, разнообразия их по составу, возрасту, классу бонитета, полноте, типам
леса составляют таблицы встречаемости насаждений. В ранее устраивавшихся объектах
таблицы составляют на основе имеющихся таксационных материалов. По учету лесного
фонда, таблицам классов возраста, таксационным описаниям устанавливают, какие кате-
гории насаждений в разрезе преобладающих пород, классов бонитета, групп возраста
полноты являются наиболее распространенными, а также степень изменчивости таксаии_
онных показателей в пределах этих категорий. В соответствии с представленностью
дельных групп насаждений и коэффициентами изменчивости по возрасту и полноте опр
деляют необходимый объем выборок и статистическим способом производят выбор^^
выделов из таксационных описаний. В пределах категорий насаждений устанавливают
средний состав и полноту (их варьирование), наиболее распространенные типы леса
Таблицы встречаемости составляют для объекта в целом или для его однородных ча
(ландшафтов), если резко выражена неравномерность в лесорастительных условиях
274
пЛ01цади объекта. Таблицы должны обеспечить получение данных с точностью не менее
ж. ±5 % при достоверности 0,68. В объектах, устраиваемых впервые, таблицы встречав-
чем w
мости составляют по материалам фотостатистическои инвентаризации, аэровизуального
обследования (аэротаксации), данным выборочной наземной таксации и облета лесного
массива на вертолете или самолете по рекогносцировочным маршрутам, которые прокла-
дывают с расчетом охвата наибольшего разнообразия насаждений.
По данным таблиц устанавливают предварительные закономерности в строении на-
саждений графическим или аналитическим выравниванием, в частности: зависимость
среднего диаметра на высоте 1,3 м разных элементов леса от высоты и полноты, взаимо-
связь между высотой главных и сопутствующих пород, товарностью и возрастом, класса-
ми бонитета и условиями произрастания, приуроченностью разных насаждений* к катего-
риям рельефа. По таблицам встречаемости вычисляют коэффициенты изменчивости так-
сационных показателей. Таблицы встречаемости позволяют равномерно распределить
закладываемые пробные площади и типичные выделы в наиболее представленных груп-
пах насаждений. Методические особенности выполнения работ по закладке таксационно-
дешифровочных пробных площадей и типичных выделов рассмотрены в главе 7.
По данным таксационно-дешифровочных и других пробных площа-
дей и типичных выделов подбирают таблицы для вычисления запасов
на 1 га при дешифрировании и наземной таксации, составляют графики
(уравнения, номограммы) взаимосвязей между таксационными и де-
шифровочными показателями; таблицы признаков дешифрирования
разных групп насаждений, которые используют при камеральном лесо-
таксационном дешифрировании; оценивают точность материалов пре-
дыдущего лесоустройства. В районах, где таксационно-дешифровочные
зависимости изучены, пробные площади и типичные выделы заклады-
вают в уменьшенном объеме, лишь для целей тренировки.
Таксационно-дешифровочные тренировки подразделяют на кол-
лективную полевую, индивидуальную полевую, камеральную кон-
трольную и индивидуальную камеральную.
Коллективную полевую тренировку проводят со всеми исполните-
лями в начале полевого периода на 20-30 таксационно-дешифровочных
пробных площадях и таксационном ходе с 20- 30 типичными выделами,
представляющими наиболее распространенные категории насаждений,
установленные по таблице встречаемости. Такую тренировку проводят
в два этапа. Сначала на пяти пробных площадях исполнители в натуре
изучают особенности насаждений, измеряют таксационно-
Дешифровочные параметры древостоев и отдельных деревьев, знако-
мятся со способами привязки аэрофотоснимков, анализируют ланд-
шафтные и морфологические признаки дешифрирования насаждений.
Каждый исполнитель таксирует насаждение, отмечая все особенности
его таксационного строения и дешифровочные характеристики, и за-
п°лняет карточку анализа признаков дешифрирования. Руководитель
^нировки вместе с исполнителем анализирует и обсуждает результа-
ТЬ1, Одновременно с этим проводится тренировка по работе с инстру-
275
ментами и приборами, способами закладки пробных площадей, выбо
рочно-перечислительной таксации, методам описания дешифровочной
характеристики насаждений. Затем пробные площади, протаксирован
ные в натуре, подробно анализируют в полекамеральных условиях при
стереоскопическом просмотре аэрофотоснимков. При этом в карточку
анализа признаков дешифрирования вносят дополнительные данные
видимые на аэрофотоснимках. Одновременно исполнители отрабаты-
вают методы аналитико-измерительного дешифрирования. На втором
этапе коллективной тренировки предварительно дешифрируют насаж-
дения оставшихся пробных площадей и типичных выделов, затем про-
водят их натурный осмотр и глазомерную таксацию.
По результатам анализа ошибок, допущенных при определении так-
сационных и дешифровочных показателей насаждений в натуре и по
аэрофотоснимкам, дают предварительную оценку дешифровочных спо-
собностей каждого таксатора-дешифровщика и рекомендации по инди-
видуальной тренировке. Окончательное решение о допуске таксаторов-
дешифровщиков к аналитико-измерительному лесотаксационному де-
шифрированию АФС принимают после прохождения ими контрольной
камеральной таксационно-дешифровочной тренировки.
Таксатора-дешифровщика допускают к аналитико-измерительному
лесотаксационному дешифрированию при условии, если случайные
ошибки определения им таксационных показателей при дешифрирова-
нии не превышают: по средней высоте яруса ±8 %; возрасту - ± один
класс возраста в насаждениях до 100 лет и ± два класса возраста свыше
100 лет; по относительной полноте ± 0,1; по коэффициенту состава ос-
новного элемента леса ±1,5 единицы; по среднему диаметру основного
элемента леса ± 15 %. Число случаев правильного определения классов
бонитета и товарности, групп возраста и типов леса (типа условий ме-
стопроизрастания) должно составлять не менее 70 % общего числа вы-
делов. Допустимая величина систематической ошибки для средних вы-
соты и диаметра, относительной полноты по абсолютной величине не
должна превышать 1/2 абсолютной величины случайной ошибки. Точ-
ность дешифрирования запаса определяют как производную от средне-
квадратических ошибок дешифрирования полноты и средней высоты
яруса, ошибок используемых таблиц (формул).
Навыки определения таксационных показателей насаждений путем
аналитико-измерительного дешифрирования закрепляют при индивиду-
альной таксационной дешифровочной тренировке. Для ее проведения
каждый дешифровщик на своем таксаторском участке закладывает три-
пять таксационно-дешифровочных пробных площадей и таксирует вЫ-
276
борочным измерительно-перечислительным методом 20-30 таксацион-
ных выделов, которые должны по возможности представлять все груп-
пы и категории насаждений, распространенных на участке.
Аэрофотоснимки с опознанными и нанесенными на них таксацион-
но-дешифровочными пробными площадями и выделами, протаксиро-
ванными выборочными измерительно-перечислительными методами,
являются основой для последующего комплектования фототеки стерео-
пар типичных насаждений, необходимых для камеральной тренировки.
Завершающий этап индивидуальной таксационно-дешифровочной
тренировки - полекамеральное дешифрирование участка площадью 10-
15 тыс. га с последующим самоконтролем результатов дешифрирования
в натуре по квартальным просекам и буссольным ходам, проложенным
внутри отдельных кварталов. Таксатор-дешифровщик устанавливает
выделы, в которых данные наземной и дешифровочной таксации суще-
ственно расходятся, и проводит в них уточненную глазомерную или
выборочную перечислительную и измерительную таксации с после-
дующей обработкой данных, анализом допущенных в натуре ошибок и
их причин.
В начале камерального периода под руководством начальника пар-
тии после окончания всех натурных таксационных работ проводится
камеральная контрольная таксационно-дешифровочная тренировка. При
этом используют данные выборочной измерительно-перечислительной
таксации выделов смежных таксаторских участков. По результатам тре-
нировки решают вопрос о допуске таксаторов к производственному де-
шифрированию.
В осенне-зимний период в процессе выполнения дешифровочных
работ для периодического восстановления в памяти таксаторов-
дешифровщиков комплекса признаков дешифрирования древостоев
разных типов через каждые 1,5-2 месяца проводят камеральные такса-
ционно-дешифровочные тренировки по материалам таксационно-
дешифровочных пробных площадей и типичных выделов, заложенных в
объекте другими таксаторами.
Натурные лесоинвентаризационные работы. Съемочно-
геодезические работы по данной технологии существенных отличий от
технологии наземной лесоинвентаризации не имеют. В кварталах, где в
межпросечных пространствах таксационные характеристики определя-
ют методом дешифрирования, визиры не прорубают. При выполнении
съемочно-геодезических работ помощник таксатора отмечает на обратной
стороне аэрофотоснимков хорошо заметные ориентиры и границы такса-
ционных выделов с указанием преобладающей породы и ее возраста. Если
277
работа выполняется без помощника, то съемочно-геодезические и так-
сационные работы совмещаются и выполняются таксатором.
Наземную глазомерную таксацию в сочетании с измерительными
методами выполняют лишь по части квартальных просек: в молодняках
I и II классов возраста, лесных культурах, не покрытых лесом землях и
во всех выделах, дешифрирование которых затруднено или невозможно
Таксатор-дешифровщик намечает таксационные маршруты с таким рас-
четом, чтобы при минимальной их протяженности таксацией были ох-
вачены все выделы, намеченные к натурной таксации.
Наземными методами изучают выборочно естественное возобновле-
ние и подрост под пологом леса и на не покрытых лесом землях, обсле-
дуют лесные культуры, санитарное состояние и товарность лесного
фонда, а также наличие сырьевой базы побочных пользований. Значи-
тельные объемы перечислительной таксации выполняют с целью обес-
печения контроля за точностью дешифрирования.
Дешифрирование аэрофотоснимков. Камеральное лесотаксацион-
ное дешифрирование аэрофотоснимков на современном этапе сочетает
в себе элементы фотограмметрических измерений с глазомерно-
стереоскопическим определением ряда характеристик и параметров де-
шифрируемых насаждений. Таксационное дешифрирование начинают с
установления границ таксационных выделов при тщательном анализе
аэрофотоснимков под стереоскопом. Основываясь на различиях в соста-
ве, высоте, форме и размерах крон, сомкнутости полога, условиях ме-
стопроизрастания и на других особенностях дешифрируемых насажде-
ний, площади разграничивают на однородные в таксационном отноше-
нии участки.
Определение таксационных характеристик дешифрируемых насаж-
дений начинают с установления формулы состава. Составляющие наса-
ждение древесные породы распознают глазомерно или сравнением изо-
бражения на аэрофотоснимках со стереограммой - аналогичным или
близким по составу выделом, подобранным из фототеки стереопар ти-
пичных насаждений.
Среднюю высоту древостоя определяют по разности продольных
параллаксов, которую измеряют с помощью стереоприборов; измерения
повторяют дважды. Если разница между отсчетами не превышает
±0,05мм, из двух отсчетов вычисляют среднее значение и по нему опре-
деляют среднюю высоту древостоя. При разнице больше ±0,05 мм изме-
рения повторяют и выясняют причины недопустимых отклонений в от-
счетах.
278
В отдельных случаях (для малопредставленных в составе пород и
при слабой просматриваемости земной поверхности) высоту определя-
ют глазомерно-стереоскопически или с использованием модальных со-
отношений высот составляющих пород. Высота сопутствующих пород
может быть установлена и путем определения (измерения) разности
между их высотой и высотой преобладающей породы. Аналогично оп-
ределяют и высоту преобладающей породы в насаждениях, имеющих
высокую степень сомкнутости полога, если известна или может быть
измерена высота деревьев в смежных выделах. Но это допустимо лишь
на равнинной местности.
Средний диаметр древостоев элементов леса на высоте 1,3 м уста-
навливают по графикам, номограммам (рис. 11.3), таблицам и уравнени-
ям, прежде всего на основе зависимостей его от средней высоты.
Привлечение дополнительно среднего диаметра крон и других таксаци-
онных и дешифровочных показателей повышает точность определения
Рис.11.3. Номограмма зависимостей диаметра на высоте 1,3 м от высоты и диаметра крон
Класс бонитета и тип леса (тип условий местопроизрастания) опре-
деляют по признакам, приведенным в главе 8.
При определении возраста в объектах, устраиваемых впервые, нахо-
дят среднюю высоту, тип леса (тип условий местопроизрастания) и со-
ответствующий ему класс бонитета, а по бонитетной шкале - возраст
Древостоя. Важнейшие условия правильного определения возраста -
знание особенностей дешифрируемых лесов, качественная таксационно
279
- дешифровочная тренировка исполнителей. Зачастую на значительных
территориях распространены одновозрастные насаждения или измене
ние их возраста вызвано какими-либо природными явлениями; знание
этого облегчает дешифрирование и повышает точность.
Для более точного определения возраста используют множествен-
ную корреляционную зависимость и учитывают среднюю высоту, класс
бонитета, средние диаметры крон и стволов деревьев на высоте 1,3 м.
Очередность дешифрирования типов леса, классов бонитета и воз-
раста как взаимосвязанных показателей зависит от конкретных условий
В первую очередь определяют показатель, который в данных условиях
дешифрируется наиболее уверенно.
Полноту насаждения при лесотаксационном дешифрировании уста-
навливают преимущественно глазомерно на основе стереоскопического
анализа изображения полога насаждения на аэрофотоснимках с учетом
приобретенных в процессе таксационно-дешифровочных тренировок
навыков и знаний о строении насаждения или с использованием взаимо-
связи между сомкнутостью полога и таксационной полнотой. При ана-
лизе обращают внимание на соотношение видимых и невидимых на
аэрофотоснимках деревьев, просматриваемость полога в глубину, со-
став и возраст насаждения; для придержки используют стереограммы из
фототеки типичных выделов. От точности определения полноты (как и
состава, и высоты) зависит точность определения запаса насаждения. В
связи с этим дешифрирование полноты нужно выполнять особенно
тщательно, в сомнительных случаях дублировать другим дешифровщи-
ком.
Запас на 1 га устанавливают расчетным путем по подобранным для
объекта стандартным таблицам запасов или по местным таблицам хода
роста с учетом состава, высоты и относительной полноты насаждения
на выделе и после окончательной увязки всех таксационных показате-
лей. Товарность древостоя определяют по материалам изученности то-
варной структуры в зависимости от состава, возраста, условий место-
произрастания, класса бонитета, средних высоты и диаметра. По ком-
плексу прямых и косвенных признаков при дешифрировании определя-
ют также все основные характеристики не покрытых лесом и нелесных
земель (см. главу 8).
При повторном лесоустройстве обязательно используют планово-
картографические материалы и таксационные описания прежнего лесо-
устройства в целях контроля правильности установления контуров вы-
делов и определения таксационных характеристик насаждения. Такие
показатели, как возраст, класс бонитета, тип леса, товарность, данные
280
характеристике подроста, подлеска и напочвенного покрова, можно
брать непосредственно из старых таксационных описаний с внесением
поправок на давность лесоустройства при условии, если точность мате-
риалов соответствует предъявленным к работе требованиям. При пер-
вичном лесоустройстве, как правило, характеристики подроста, подлес-
ка и покрова приводят не в таксационных описаниях, а в сводных таб-
лицах, характеризующих типы леса в увязке с составом, возрастом и
полнотой насаждений.
Неоднородные таксационные выделы при дешифрировании разби-
вают на подвыделы и для каждого дают отдельно полную таксационно -
дешифровочную характеристику; по этим материалам составляют
обобщенное таксационное описание выдела. При данном методе инвен-
таризации лесов по сравнению с наземным методом километраж натур-
ной таксации по ходовым линиям сокращается в 2-2,5 раза, объем лесо-
инвентаризационных работ, выполняемых одним исполнителем, возрас-
тает в 1,5-2 раза.
11.3. Особенности повторной инвентаризации лесов таежной
экстенсивной зоны
В лесах, пройденных лесоустройством, регулярно, через 10-15 лет, проводят повтор-
ное лесоустройство с целью обновления планово-картографических, учетных и проектных
материалов. Ввиду того что для каждого конкретного таксационного выдела необходимо
определение с высокой точностью обновленных таксационных показателей, характери-
зующих древостой, почвенно-типологические и топографические условия, в практике
принято проведение повторной сплошной таксации в сочетании с полевым и камеральным
дешифрированием цветных спектрозональных аэрофотоснимков по той же технологии,
что и при первичном лесоустройстве.
Однако материалы спектрозональной мелкомасштабной аэрофотосъемки (масштаб
порядка 50000 - 1:100000) или космической съемки с разрешением 5 -10 м позволяют
существенно рационализировать технологию обновления данных при повторном устрой-
стве лесов таежной зоны с преобладанием спелых и перестойных насаждений в тех случа-
ях, когда изменения в лесном фонде устраиваемого объекта или его части в результате
хозяйственной деятельности и воздействий стихийных факторов относительно невелики.
В этом случае в процессе дешифрирования снимков с использованием планов лесона-
саждений, планшетов, таксационных описаний и других материалов на снимки наносят
молодняки I класса возраста, несомкнувшиеся лесные культуры, редины, гари, вырубки
(все по состоянию на год последнего лесоустройства). Затем дешифрируют вырубки, гари,
ветровалы и другие категории площадей, появившиеся в течение ревизионного периода в
Результате лесохозяйственной деятельности и стихийных бедствий, а также наносят на
снимки лесные культуры ревизионного периода, участки, пройденные рубками ухода и
Гитарными рубками. Окончательные границы и таксационные характеристики выделов
перечисленных категорий устанавливают при натурной таксации. Таксационные характе-
ристики остальных выделов устанавливают по данным предыдущего лесоустройства. При
в перестойных насаждениях они не изменяются, а для молодняков (II класс возрас-
)» средневозрастных, приспевающих и спелых насаждений вносят поправки, величину
281
которых определяют по моделям, составляемым на основе имеющихся на данный объ
массовых материалов натурной таксации прежнего лесоустройства.
Для выявления изменений, не учтенных лесохозяйственным предприятием, и случай
ных предельных ошибок в таксационных характеристиках, которые могут быть в мате'
риалах лесоустройства, по снимкам производят стереоскопический поквартальный анализ
всех выделов. При дешифрировании определяют категорию земель, а для покрытых лесом
- преобладающую породу или группу пород, группу возраста, группу типов лесорасти-
тельных условий и относительную полноту. Затем оценивают по укрупненным показате-
лям соответствие характеристик выделов, определенных прошлым лесоустройством и при
дешифрировании. Все сомнительные выделы намечают к натурному осмотру. Затем со-
ставляют проект натурных таксационных работ. Натурной таксации подлежат: молодняки
I класса возраста; несомкнувшиеся лесные культуры; не покрытые лесом земли; все выде-
лы, в которых в ревизионный период осуществлялась хозяйственная деятельность; насаж-
дения, подвергшиеся стихийным воздействиям (пожарам, ветровалам и др.); выделы
точность определения таксационных характеристик которых при дешифрировании вызва-
ла сомнение; не менее 10 % выделов, в которых проводилось камеральное корректирова-
ние таксационных показателей. Эти категории выделов оконтуривают на снимках, кото-
рые в последующем при натурной таксации используют в качестве абрисов. При исполь-
зовании снимков с разрешением 1 -2 м объем наземных работ может быть сокращен.
Дополнительно намечают выборочно-перечислительную таксацию для определения
точности камерального корректирования таксационных показателей. Оценку точности
проводят по 4 стратам: хвойные приспевающие, лиственные приспевающие, хвойные
средневозрастные, лиственные средневозрастные. Точность определения средних запасов
древесины на 1 га для страт ± 10 % при достоверности 0,68. Данный метод снижает затра-
ты труда на полевых работах в 1,5 раза.
11.4. Инвентаризация резервных лесов на основе дешифрирования
космических снимков
Фотостатистический метод. Для инвентаризации резервных, пре-
имущественно низкопродуктивных, лесов, расположенных на севере и
северо-востоке страны, обследованных в 1948-1955 гг. аэровизуальными
(аэротаксационными) методами и не изученных лесоустройством, пло-
щадь которых составляла в середине 70-х гг. прошлого столетия почти
500 млн. га, с 1978 г. применяются упрощенные, менее детальные, чем
при лесоустройстве, методы, основанные на дешифрировании космиче-
ских снимков. Они не предусматривают проведения натурных работ по
организации территории (разрубка квартальной и визирной сетей, гра-
ниц). В период с 1978г. по 2002г. применялись исключительно космиче-
ские цветные спектрозональные фотоснимки, получаемые с ИСЗ Ресурс-
Ф съемочной камерой КАФА-1000 в масштабах 1:200 000 - 1:270 000
(разрешение 7-10 м) и визуальные методы их дешифрирования на ланд-
шафтно-типологической основе. С 2003 г. наряду с фотоснимками начали
применяться также многоспектральные сканерные изображения, полу-
чаемые с ИСЗ Landsat-7 (разрешение 20 - 30 м) и автоматизированные
(интерактивные) методы их дешифрирования в среде ГИС.
282
В начальный период - в 70-80-е гг. применялся так называемый фо-
тостатистический метод, основанный на дешифрировании космических
фотоснимков (КФС) и выборочных крупномасштабных (1:10000) аэро-
фотоснимков с разрешением 0,5 -1м, равномерно покрывающих до 5 %
территории объекта инвентаризации. Метод предусматривал четыре
ступени выборки (получения информации).
1. Контурное и таксационное дешифрирование КФС, увеличенных
до масштаба 1:50000 - 1:70000, на всю территорию объекта инвентари-
зации с определением для каждого контура (укрупненного выдела) ка-
тегории земель - преобладающей породы (группы пород) - группы воз-
раста - группы типов леса - группы классов бонитета - группы полноты.
Выделы объединяют в страты и, исходя из дисперсии запасов в них и
заданной точности определения запасов в стратах и в целом по объекту,
планируют выборочную (маршрутную или триплетами) аэрофото-
съемку.
2. Контурное и аналитическое дешифрирование таксационных вы-
делов на всей рабочей плошади выборочных аэрофотоснимков. Укруп-
ненные выделы, отграниченные на КФС и изобразившиеся на аэрофото-
снимках, подразделяют на более дробные таксационные выделы с опре-
делением глазомерно-стереоскопическим способом состава, класса воз-
раста, высоты, типа леса, класса бонитета, полноты. Эти данные служат
для получения распределения площадей и запасов насаждений в стратах
по преобладающим породам, классам возраста, бонитетам, типам леса и
полнотам, поскольку в страту, вследствие генерализации, могут входить
насаждения различных преобладающих пород, возрастов, типов леса и
полнот.
3. Измерительное дешифрирование фотопроб (выделов), случайно
или систематически отобранных по стратам в соответствии с установ-
ленными объемами выборки. Измеряют высоты, диаметры крон элемен-
тов леса, определяют состав, класс возраста, полноту и запас насажде-
ний. По результатам измерительного дешифрирования вычисляют сред-
ние значения запасов по стратам, преобладающим породам и объекту в
Целом.
4. Натурная перечислительная таксация части (5-10 %) выборочных
фотопроб (выделов) для оценки точности дешифрирования как аэрофо-
тоснимков, так и КФС и определения величины систематической
ошибки.
Дешифрированию КФС и аэрофотоснимков предшествует изучение
нризнаков дешифрирования, взаимосвязей между таксационными и де-
Шифровочными показателями, морфологической структуры ландшаф-
283
тов, составление дешифровочных таблиц на ландшафтной основе с ис
пользованием фотометрических и текстурных признаков и тренировка
исполнителей. Для получения подробной характеристики лесного фонда
фотопробы группируют в пределах страт, а в пределах их - по преобла-
дающим породам, группам типов леса, возраста, полноты.
По экономическим соображениям в лесхозах с низкой лесистостью
проведение крупномасштабной выборочной аэрофотосъемки не преду.
сматривалось. В этом случае применяют упрощенный метод, основан-
ный на аналитическом дешифрировании КФС или материалов мелко-
масштабной аэрофотосъемки и выборочных натурных работ в выделах
на ключевых участках. Основные методические положения остаются те
же, что и при фотостатметоде, только вторая и третья ступени выборки
по крупномасштабным снимкам заменяются выборкой на основе натур-
ной выборочно-перечислительной и глазомерной таксации леса.
В 1990 - 2005 гг. при инвентаризации резервных лесов применялся дан-
ный упрощенный вариант технологии. Подробно технология фотоста-
тистической инвентаризации резервных лесов рассмотрена в учебниках
«Лесная авиация и аэрофотосъемка» (И.Д. Дмитриев, Е.С. Мурахтанов,
В.И. Сухих), изданных в 1981 и 1989 гг.
В настоящее время завершаются работы по изучению резервных ле-
сов в зоне аэротаксации на основе дешифрирования космических сканерных
снимков. Предстоят работы по повторной инвентаризации резервных лесов,
поскольку на части их давность инвентаризационных работ превышает уже
20-25 лет. Для их инвентаризации разработан новый вариант технологии, в
основу которой положено применение многоспектральных сканерных кос-
мических снимков и автоматизированных методов их классификации. Ниже
приводится описание данной технологии.
Общие принципы повторной технологии инвентаризации ре-
зервных лесов. На большей части территории лесного фонда, изучен-
ного «фотостатистическим методом» на основе дешифрирования кос-
мических снимков в 1978-2004гг., интенсивной хозяйственной деятель-
ности за прошедший временной период не велось. Преобладающая
часть насаждений представлена низкобонитетными низкополнотными
лиственничными спелыми и перестойными древостоями, количествен-
ные характеристики (таксационные показатели) которых за 10-20 лет-
ний период изменились незначительно. Основные же изменения в лес-
ном фонде данных регионов связаны с обезлесиванием территории и
восстановлением лесов на не покрытых лесом землях.
Главной причиной обезлесивания в этих регионах являются лесные
пожары, повреждающие древостои до стадии гибели или снижаюшие
284
полноту до состояния редин. Обезлесивание происходит в определен-
ной степени и из-за сплошнолесосечных или интенсивных выборочных
рубок, проводимых как с целью заготовки древесины для удовлетворе-
ния местных потребностей, так и при проведении горных разработок,
строительстве трасс, дорог и при некоторых иных работах.
Поэтому первоочередной задачей повторной инвентаризации лесов
данных регионов должно быть выявление и учет основных изменений в
лесном фонде, связанных с трансформацией категорий земель:
- переходом покрытых лесом земель в непокрытые (гари, редины,
вырубки) и нелесные земли (трассы различных коммуникаций, дороги,
горные разработки, объекты гражданского и промышленного строи-
тельства и пр.);
- переходом не покрытых лесом земель, зарегистрированных про-
шлой лесоинвентаризацией, в покрытые лесом земли (возобновление на
площадях бывших гарей, редин, вырубок);
- возобновление не покрытых лесом земель (гари, редины, вырубки),
появившихся после проведения прошлой лесоинвентаризации.
Важной задачей повторной инвентаризации является также актуали-
зация основных таксационных характеристик насаждений и исключение
допущенных прошлой лесоинвентаризацией части ошибок в контурном
и таксационном дешифрировании, которые могли быть.
На территорию, изученную фотостатистической лесоинвентаризаци-
ей, имеются следующие материалы:
- планы лесонасаждений в масштабе 1:100 000 ( на часть территории
также планшеты масштаба 1:50 ООО);
- схематические карты лесхозов или их частей в масштабе
1:300 000.
- таксационные описания;
- данные обследования (таксации) типичных выделов;
- комплекс проектных материалов, составляемых при лесоинвента-
ризации в соответствии с инструктивными требованиями, в том числе
учет лесного фонда;
- архивные цветные спектрозональные космические фотоснимки
(КФА-1000) с нанесенными на них границами таксационных выделов
(снимки, по которым производилась лесоинвентаризация);
* архивные аэрофотоснимки залетов разных лет, выполненных раз-
личными организациями;
- топографические и различные тематические карты.
285
Технология повторной инвентаризации резервных лесов должна в
максимальной степени основываться на использовании перечисленного
выше комплекса материалов, объединенных в ГИС.
По многоспектральным КС, имеющим разрешение не хуже 10-20 м
необходимо:
- создать цифровую топографическую основу картографических ма-
териалов, по которой должно быть проконтролировано и уточнено пла-
новое положение и границы лесничеств и лесхозов, гидрографии и дру-
гой топографической ситуации.
- провести автоматизированное разделение территории на страты -
основные классы категорий земель и лесных формаций:
а) лесные и не покрытые лесом земли, в том числе гари, вырубки,
воды, болота и тундры, редины и, возможно, некоторые другие катего-
рии не покрытых лесом и нелесных земель;
б) основные лесные формации, образующие насаждения (хвойные
насаждения, мягколиственные насаждения, кедровый стланик, ерник,
заросли ивы);
в) низкополнотные, средне - и высокополнотные насаждения;
г) молодняки и насаждения более старых возрастов;
д) нанести на топографическую основу и КС генерализованные
формы рельефа.
Поскольку при предыдущей фотостатистической инвентаризации
контуры таксационных выделов устанавливались путем аналитического
дешифрирования космических фотоснимков, то, несомненно, часть
границ выделов потребует уточнения. Автоматическая классификация
изображений позволит внести коррективы в данные о границах выде-
ляемых классов и, соответственно, части выделов, границы которых
будут совпадать с границами выделяемых страт.
Гари, вырубки и другие изменения, связанные с трансформацией ка-
тегорий земель и появившиеся после проведения предыдущей инвента-
ризации лесов, выделяются по сканерным КС на основе их спектраль-
ных и текстурных различий и сопоставления с картографическими и
таксационными данными в среде ГИС.
Оценка состояния лесовозобновления на не покрытых лесом землях
(в основном гарях и в меньшей степени вырубках) возможна на основе
использования базы данных прошлой лесоинвентаризации, спектраль-
ных особенностей космических сканерных изображений и моделей хода
естественного возобновления на не покрытых лесом землях в зависимо-
сти от ландшафтных и лесорастительных условий.
286
Более детальное разбиение выделенных классов на таксационные
вЬ1делы должно осуществляться на основе использования в среде ГИС
планов лесонасаждений, таксационных описаний предыдущей инвента-
ризации и архивных цветных спектрозональных космических фото-
снимков прошлой лесоинвентаризации.
Обобщенная схема повторной инвентаризации резервных лесов.
Осуществляется на основе автоматизированных методов анализа много-
спектральной сканерной информации в среде ГИС. Включает следую-
щие виды работ.
• Приобретение космических изображений.
• Преобразование в цифровую форму картографических материалов
прошлой лесоинвентаризации (планов лесонасаждений, а там, где со-
ставлялись планшеты, то только их).
• Оцифровка топографических карт (рельефа, основных категорий
земель, гидрографии, путей транспорта), а также ландшафтных карт,
отрисовка генерализованных форм рельефа.
• Погружение в среду ГИС космических изображений, картографи-
ческих и таксационных материалов.
• Создание по данным прошлой инвентаризации (типичные выделы,
таксационные выделы) и/или по данным новых натурных работ обу-
чающей и контрольной выборок и погружение их в среду ГИС.
• Автоматическая контролируемая (с обучением) классификация
многоспектральных сканерных изображений на территорию лесоинвен-
таризации.
• Автоматизированный (интерактивный) сравнительный анализ ре-
зультатов классификации на экране компьютера с данными контурного
и таксационного дешифрирования.
• Внесение поправок, как в данные классификации, так и данные
прошлой лесоинвентаризации.
• Выявление и учет изменений, вносимых в материалы прежней ле-
соинвентаризации: а) за счет текущих изменений в лесном фонде, свя-
занных с обезлесиванием территории; б) за счет неточностей прошлой
лесоинвентаризации в контурном и таксационном дешифрировании.
• Интерактивный анализ не покрытых лесом земель, зарегистриро-
ванных прошлой лесоинвентаризацией и появившихся после нее для
Решения вопроса, к какой категории земель (покрытая лесом или одна
из категорий не покрытых лесом земель) они должны быть отнесены (на
основе анализа изображения, данных прошлой таксации и моделей хода
естественного возобновления). Актуализация таксационных характери-
стик выделов на основе данных прежней таксации, классификации изо-
287
бражений, моделей актуализации и анализа изображения космического
снимка на экране компьютера.
• Формирование окончательного варианта уточненного плана лесо-
насаждений, таксационных описаний, учета лесного фонда.
• Разработка проекта организации и ведения лесного хозяйства в со-
ответствии с лесоустроительной Инструкцией.
Объем наземных работ по закладке пробных площадей, типичных
выделов, обследованию естественного возобновления, маршрутным
ландшафтно-таксационным наземным и дистанционным обследованиям
может быть уменьшен до минимума, который определяется получением
данных для тренировки исполнителей и создания банков опорных и
контрольных данных для автоматизированной классификации.
Предусматривается, что в укрупненных таксационных выделах пра-
вильное определение основных категорий земель, групп преобладаю-
щих пород, групп возраста и групп типов леса (лесорастительных усло-
вий) должно быть не менее чем в 2/3 случаев; среднеквадратические
ошибки определения относительной полноты - не более + 0,2 единиц
полноты, запаса на 1 га - не более + 30 %; ошибка определения общего
запаса насаждений в объекте инвентаризации (лесничество, лесхоз), а
так же в стратах средневозрастных, спелых и перестойных насаждений -
не более + 5 %.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Особенности использования аэрофотоснимков при таксации лесов на-
земными методами.
2. Сущность метода инвентаризации лесов на основе рационального со-
четания наземной таксации с камеральным дешифрированием аэрофотосним-
ков.
3, Особенности повторной инвентаризации таежных лесов при лесоуст-
ройстве с использованием космических снимков.
4. Сущность аэротаксационных методов обследования лесов.
5. Методология инвентаризации резервных лесов на основе использова-
ния космических сканерных снимков и автоматизированных методов дешифри-
рования.
288
ГЛАВА 12. КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСОВ
12.1. Общие понятия о лесной картографии
Материалы аэрокосмических съемок используются при составлении
различных картографических материалов, характеризующих лесной
фонд. К ним могут быть отнесены простые фотопланы, ортофотопланы,
фотосхемы, лесоустроительные планшеты, планы лесонасаждений, кар-
ты лесов лесохозяйственных предприятий, мелкомасштабные темати-
ческие карты лесов. Обычно картографические работы, основанные на
использовании аэрокосмических снимков, начинаются с их фотограм-
метрической обработки, конечной целью которой является преобразо-
вание их в заданную картографическую проекцию местности - в проек-
цию Гаусса-Крюгера или близкую к ней по геометрическим свойствам
ортогональную проекцию (последняя предпочтительнее, поскольку пер-
вая требует проведения громоздких вычислений).
Одна из основных задач фотограмметрической обработки снимков -
трансформирование, под которым в фотограмметрии понимают преоб-
разование аэро- или космических снимков, полученных в центральной
проекции, в ортогональную или какую-либо иную картографическую
проекцию. Трансформирование может быть графическим, оптико-
механическим, аналитическим и др. В последнее время наметился пере-
ход к технологии цифровой фотограмметрической обработке снимков, в
которой максимально автоматизированы все процессы, связанные с об-
работкой снимков, их аналитическим трансформированием и после-
дующим составлением планово-картографических материалов.
Составление высоко точных планово-картографических материалов
по данным аэрокосмических съемок требует планового и высотного
геодезических обоснований (создания главной и рабочей основы). В
качестве главной геодезической плановой основы используют пункты
государственной триангуляции, полигонометрии, а при высотном обос-
новании - пункты государственной нивелирной сети, создаваемые госу-
дарственными геодезическими организациями. В настоящее время в
ЭТИх целях все в больших масштабах применяют данные спутникового
геопозицирования.
В качестве рабочей геодезической основы используют сеть опознан-
НЬ1Х на снимках опорных точек (опознаков) с известными или опреде-
лимыми геодезическими координатами. Опознаки, имеющие только
Пл°скостные координаты X и У, называются плановыми. Ими служат
т°чки пересечения дорог, просек, углы вырубок и другие ориентиры.
Технология цифровой фотограмметрической обработки одиночного
снимка включает ряд этапов: подготовительные работы; ввод изображе-
289
ния; векторизация или корректировка векторизованного изображения-
трансформирование векторизованного изображения; объединение
(сшивка) трансформированных снимков или их частей (фрагментов)-
создание контурного плана.
В качестве исходного изображения могут быть использованы циф_
ровые сканерные изображения, негативы аэрофильмов, снимки или их
увеличенные фрагменты. Ввод изображения (не цифрового) осуществ-
ляется сканированием. Во избежание потери информации при сканиро-
вании необходимо, чтобы на минимальный элемент изображения при-
ходилось не менее двух пикселей. При этом позиционная точность ска-
нера должна быть не хуже требуемой точности измерения на снимке
координат, которая составляет примерно 2...5 мкм.
Векторизация (процесс представления результатов дешифрирования
в векторной форме) может проводиться в ручном или автоматизирован-
ном режимах. В процессе векторизации по материалам привязки или
фототриангуляции на сканированное изображение переносятся опорные
точки. При этом автоматически считываются их координаты.
Затем следует процесс трансформирования. Для опорных точек соз-
дается файл их геодезических координат, вводятся при необходимости
приближенные значения элементов внешнего ориентирования снимка,
автоматически решается обратная фотограмметрическая засечка. Кон-
тролем решения задачи ориентирования снимка являются остаточные
расхождения в координатах опорных точек. Эти расхождения в плано-
вых координатах не должны превышать 0,2 мм в масштабе создаваемо-
го плана, а по высоте - 1/5 сечения рельефа. Затем переходят к решению
прямой фотограмметрической засечки для всех точек векторизованного
изображения. (Прямой фотограмметрической засечкой называют задачу
по определению координат точки местности по измеренным координа-
там ее изображения на снимке, обратной - определение координат изо-
бражения точек на снимке по координатам точек на местности).
Сведения о рельефе, необходимые при решении фотограмметриче-
ской задачи по одиночному снимку могут быть получены из цифровой
модели рельефа, которую предварительно импортируют из других про-
грамм. В случае равнинной местности рельеф представляется горизон-
тальной плоскостью, высота которой равна среднему арифметическому
из высот опорных точек.
Полученные трансформированные снимки или их увеличенные
фрагменты сшиваются - объединяются в общее электронное изображе-
ние. Ниже приводится обобщенная характеристика основных картогра
290
фических материалов, создаваемых на основе аэро- космических изо-
бражений.
фотоплан - это высокоточное фотографическое изображение мест-
ности в заданном масштабе, изготовленное на основе монтажа (механи-
ческого или компьютерного) из трансформированных приведенных в
горизонтальную проекцию и одному масштабу снимков. Этот картогра-
фический материал служит основой для составляемых геодезическими
предприятиями топографических карт. В процессе составления фото-
планов проводятся работы по созданию натурной геодезической осно-
вы, сгущению ее путем развития сети фототриангуляции, трансформи-
рованию снимков, монтажу (сшивке) снимков и корректуре. Фотопланы
изготовляют обычно в рамках трапеций государственной разграфки,
реже в условных координатах. На них наносят горизонтали, координат-
ную сетку и условными знаками некоторые элементы ситуации. После
удаления фотоизображения контурные и топографические фотопланы
становятся соответственно контурными и топографическими планами.
Иногда сохраняют фотоизображение, поскольку оно несет максимум
информации об изображенных на нем объектах. В этих случаях на топо-
графических фотопланах число условных знаков уменьшают до мини-
мума. В результате получают продукцию, которая называется фотокар-
той. Такие фотокарты целесообразно создавать на объекты рекреацион-
ного значения, в первую очередь парки, лесопарки, объекты садово-
парковой культуры.
Ортофотоплан - фотографическое изображение местности в орто-
гональной проекции. Первоначально по экономическим соображениям
ортофотопланы изготовляли преимущественно на горные территории. В
настоящее время их получают при лесоустройстве на различные районы
местности с любыми превышениями и формами рельефа.
Фотосхема - фотографическое изображение местности, составлен-
ное из рабочих площадей контактных (в масштабе съемки) или увели-
ченных до необходимого масштаба аэрокосмических фотоснимков. Их
можно использовать при аэровизуальном дешифрировании на стадии
предварительного изучения территории при мелкомасштабном темати-
ческом картографировании лесов, аэротаксации, аэровизуальных обсле-
дованиях с целью изучения санитарно-лесопатологического состояния
лесов, оценки состояния лесовозобновления, рекогносцировочного изу-
чения территории при проектировании дорог и трасс различного назна-
чения и в иных целях.
Различают простые и уточненные фотосхемы. Простую фотосхему
составляют путем монтажа центральных частей (рабочих площадей) не
291
трансформированных снимков. Уточненную схему составляют из цен
тральных частей трансформированных снимков. Трансформируют их по
сети фототриангуляции (опорным знакам), снятым с топографических
карт. Практически это упрощенный фотоплан, поскольку все фотосним
ки, из которых он составлен, приведены к одному масштабу. Уточнен-
ные фотосхемы получили широкое применение в лесоустройстве 50-60-х
гг. в качестве геодезической основы планшетов таежной зоны страны.
Цифровые карты. Использование новых цифровых съемочных сис-
тем, развитие компьютерных технологий и информационных систем
обусловили развитие цифровой картографии, которая позволяет полу,
чать и хранить полученную информацию о местности в виде цифровых
моделей. При необходимости цифровые модели могут быть представле-
ны в визуализированном виде (на экране монитора или в графическом
виде на бумаге). Графические планы и карты стали вторичными по от-
ношению к цифровым моделям местности.
Цифровая модель местности (ЦММ) содержит информацию о рель-
ефе и о ситуации. Она представляют собой массив чисел, каждым эле-
ментом которого являются три координаты (X, Y, Z) точки местности и
зашифрованная цифровым кодом какая-либо тематическая информация
об этой точке местности. Разделив эту информацию, получают цифро-
вую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель ситуации. Под цифро-
вой моделью рельефа понимают совокупность пространственных коор-
динат (%, Y, Z) точек земной поверхности. Цифровая модель ситуации
содержит информацию о плановых координатах (X, Y) точек, которые
лежат на границах различных объектов. Это могут быть границы уча-
стков лесного фонда, категорий земель, лесотаксационных выделов
и т.п.
Цифровые модели местности в виде цифровых (электронных) карт,
фотопланов, контурных фотопланов, топографических фотопланов, ор-
тофотопланов, фотокарт и топографических планов являются базой для
создания различной картографической продукции, используемой земле-
устроительными, лесоустроительными и другими организациями.
Цифровая (электронная) карта (ЦК) объединяет цифровую модель
рельефа и цифровые модели ситуации. Каждая отдельная цифровая мо-
дель ситуации является слоем ЦК, которые накладываются на ЦМР-
Цифровые карты значительно информативнее традиционных графиче-
ских карт благодаря послойному их хранению.
Цифровые карты не имеют масштаба, в них используют географиче-
ские координаты. При визуализации цифровая карта может быть преД'
292
ставлена в любом масштабе, но не крупнее того, точность которого со-
ответствует точности исходных данных для создания ЦК[ 11].
Цифровая модель рельефа - это плавная поверхность, проходящая
через точки с известными высотами, описываемая некоторой функцией,
определяющей зависимость отметки точки местности от ее плановых
координат. Вид функции в каждом случае определяют эмпирически.
Используемые для построения ЦМР отметки пикетов получают по
данным полевых геодезических измерений, по топографическим кар-
там, путем стереофотограмметрической обработки снимков. Различают
регулярные, полурегулярные и структурные ЦМР в зависимости от рас-
положения пикетов.
Более широко распространены регулярные ЦМР, в которых пикет-
ные точки располагаются в узлах сетки квадратов, прямоугольников или
равносторонних треугольников. Однако необходимо иметь в виду, что
построение регулярных ЦМР может повлечь потерю информации о
рельефе местности в связи с тем, что характерные точки и линии релье-
фа могут оказаться между узлами сетки и не отобразиться на ЦМР.
Структурные ЦМР более точно описывают рельеф, так как их пикетные
точки выбирают в характерных местах рельефа.
При проектировании линейных сооружений (дорог, различных
трасс) создают полурегулярные ЦМР, в которых пикетные точки распо-
лагают на поперечниках к трассе в характерных местах рельефа или на
определенном расстоянии друг от друга.
По ЦМР можно получить данные об отметке любой точки местно-
сти, что необходимо при цифровой фотограмметрической обработке
одиночных как аэро-, так и космических снимков.
При определении положения точки на снимке используют плоскую
прямоугольную систему координат снимка <эху (рис. 12.1). Начало ко-
ординат находится в точке пересечения прямых о , соединяющих коор-
динатные метки снимка 1-2 и 3-4, а ось х совмещена с горизонтальной
прямой 1-2.
Для точек местности взаимное положение определяют в правой про-
странственной фотограмметрической системе координат. Направления
координатных осей и начало координат выбирают произвольно. При
этом началом системы координат может быть либо центр проекции S' -
SWZ, либо какая-либо точка местности М - MXYZ. Плоскость XY раз-
мещают параллельно плоскости снимка или горизонтально
(Рис. 12.2).
293
У
b .
' 1 ,„J
Рис. 12.1. Система координат снимка
Рис. 12.2. Пространственные фотограмметрические системы координат
Положение же точек местности определяют в левой геодезической
системе прямоугольных координат Гаусса - CfxFYV, а началом геоде-
зической системы координат является точка пересечения осевого мери-
диана данной зоны и экватора. Плоскость горизонтальна. Ось У
направлена на восток, ось X - на север (рис. 12.3). Условная геодезиче-
ская система координат началом может иметь любую точку местности,
294
а ее оси сонаправлены соответствующим осям системы координат Гаус-
са (рис.12.4) [11].
Рис.12.3.Геодезическая система координат
Рис. 12.4. Условная геодезическая система координат
Поскольку техника и технология составления фотопланов, уточнен-
ных фотосхем и других картографических материалов являются преро-
гативой других дисциплин, то в данном курсе рассмотрим лишь вопро-
295
сы, связанные с методологией составления простых фотосхем и темати-
ческих мелкомасштабных карт лесов.
12.2. Фотосхемы
Изготовляют преимущественно одномаршрутные фотосхемы. Мон-
таж их может быть осуществлен или по соответственным точкам, или
по начальным направлениям.
При монтаже по соответственным точкам могут быть применены
два варианта - индивидуальной и совместной обрезки снимков. При инди-
видуальной обрезке вблизи средней линии продольного перекрытия сте-
реопары снимков выбирают и накалывают две надежно распознаваемые
точки, которые располагаются на возможно большем расстоянии друг от
друга. Затем по прямой линии (по линейке) обрезают их. Последовательно
обрезают аналогичным образом все снимки маршрута. Для совместной
обрезки смежные снимки накладывают один на другой, добиваясь наилуч-
шего совмещения элементов изображения вдоль средней линии перекры-
тия. Закрепленные грузиками два смежных снимка стереопары разрезают
совместно по кривой или ломаной линии. Отрезанные средние части сним-
ков наклеивают безводным клеем на плотную подложку.
При работе с гидростабилизированными снимками равнинной мест-
ности можно использовать в целях сокращения объема работ только
четные или нечетные снимки (монтаж через снимок). При этом линии
порезов пройдут примерно в середине оставшегося 20 % продольного
перекрытия.
Более сложен и менее производителен монтаж по начальным на-
правлениям, но он позволяет сохранить прямолинейность фотосхемы
при прямолинейном съемочном маршруте. Суть технологии следующая.
На всех, снимках накалывают рабочие центры - четкие точки изображения,
которые могут быть надежно опознаны на смежных снимках и располага-
ются на расстоянии не более 0,05/от главной точки снимков. Выбранные
рабочие центры накалывают также и на смежных снимках. Исходящие из
собственного рабочего центра направления на снимках на рабочие центры,
перенесенные со смежных снимков, называют начальными.
Выбирают и накалывают вспомогательные точки Kt и К2 (рис. 12.5),
которые должны располагаться вблизи от пересечения начальных на-
правлений со средними линиями перекрытия снимков. Точки опознают
и накалывают на смежных снимках. Если разность расстояний между
собственным и перенесенным рабочими центрами каждой пары смеж-
ных снимков не превышает 1 мм, то пуансоном пробивают отверстия на
296
всех наколотых точках. При разности, превышающей 1 мм, отверстия
пробивают на вспомогательных точках всех снимков и на рабочих цен-
трах четных или нечетных снимков. На остальных снимках через рабо-
чие центры вдоль начальных направлений прочерчивают штрихи дли-
ной 5 мм.
Подготовленные таким образом снимки укладывают последователь-
но один на другой так, чтобы отверстия на вспомогательных точках Kt и
К2 совпадали, а несовмещения на вспомогательных точках отверстий
были направлены по начальному направлению. Обрезку снимков по
данному способу выполняют по кривым или ломаным линиям. Качест-
во монтажа фотосхемы оценивают с помощью обрезков с целью выяв-
ления наличия вырезанных и дублирующих участков изображения.
Рис. 12.5. Порядок подготовки снимков для монтажа фотосхемы по начальным
направлениям
В этих целях на каждой линии разреза берут один из двух обрезков и
прикладывают его к порезу, совмещая элементы изображения на нем
так, чтобы они как можно точнее совпали с элементами вмонтированно-
го в фотосхему фрагмента того же снимка. Иглой вдоль пореза через
2...3 см накалывают четкие точки изображения. Сняв обрезок, измеряют
отклонения наколов от точек, которые накалывают на обрезке. Анало-
гично выполняют контроль по другим порезам. При этом составляют
корректурный лист в виде уменьшенного схематического изображения
фотосхемы с примерным сохранением формы порезов (рис. 12.6).
\+0,8
Var Г+0,4
г 0 \+0.1
Г *4* \-<LJ
f 0
w 1 f—OkS *
Рис. 12.6. Корректурный лист
297
Масштаб фотосхемы можно определить сопоставлением ее с топо-
графической или иной картой, масштаб которых не мельче масштаба
фотосхемы или по средней высоте съемки использованных при изготов-
лении фотосхемы снимков и фокусному расстоянию съемочной камеры
Геометрические свойства фотосхемы в пределах вмонтированных в
нее рабочих площадей снимков остаются теми же, что и для отдельных
снимков. Измерения небольших расстояний и площадей через порез
могут содержать дополнительные погрешности, о размере которых
можно судить по результатам оценки качества монтажа. С увеличением
измеряемых на фотосхеме расстояний и площадей точность результатов
их измерения будет выше. Площади участков лесного фонда по фото-
схемам можно определять в условиях равнинного или всхолмленного
рельефа, при корректном определении их среднего масштаба, с доста-
точно высокой точностью[11].
12.3. Мелкомасштабные тематические карты лесов
Назначение карт и их топографическая основа. На территории
лесного фонда функционируют многочисленные организации, выполняя
различные виды работ. Всем им нужна информация о лесном фонде для
прогнозирования, планирования, проектирования и осуществления той
или иной деятельности. При этом во многих случаях необходима гене-
рализованная обобщенная информация в виде мелкомасштабных
(1:200000-1:1000000 и мельче) карт различного содержания: лесного и
лесоэксплуатационного фондов; современного и перспективного ис-
пользования земель, в том числе рекреационного; ландшафтов; групп
типов условии местопроизрастания; горимости лесного фонда; гидроле-
сомелиоративных; естественных кормовых ресурсов; санитарного со-
стояния лесов и др.
Мелкомасштабные карты лесов могут использоваться при обосновании, планирова-
нии и решении различных хозяйственных и научных задач регионального и районного
уровней: инвентаризации природных ресурсов; прогнозирования размещения и развития
различных инфраструктур; охраны природы; предварительных расчетов при проектирова-
нии крупных народнохозяйственных объектов, в том числе размещении мощностей пред-
приятий лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, ме-
роприятий, связанных с рациональным многоцелевым использованием земель лесного
фонда; обоснования выделения водоохранных, защитных, санитарно-гигиенических и
оздоровительных лесов; научных исследований; организации охраны лесов от пожаров, в
том числе их авиапатрулирования; планирования лесоустроительных и лесообследова-
тельских работ и т. д. При этом карты М 1:500000 - 1:1000000 и мельче предназначаются
для использования при решении задач федерального и регионального уровней, М
1:200000 - регионального и районного уровней.
При составлении тематических мелкомасштабных карт лесов наи-
больший эффект достигается при использовании в качестве основы ма-
298
сериалов космических съемок. При этом применяют обычно двух- или
трехступенчатый метод получения информации:
I ступень - космическая, по материалам ее составляют топографиче-
скую основу карт и выполняют сплошное тематическое дешифрирова-
ние (автоматизированное - в интерактивном режиме) картографируемой
территории;
II ступень - самолетная, используется (при необходимости и нали-
чии возможностей) для выборочных аэровизуальных обследований или
аэрофотосъемки, по которым уточняют результаты дешифрирования
космических снимков и получают недостающие данные, которые по
космическим снимкам не были получены. При наличии фондовых лесо-
инвентаризационных материалов аэровизуальные обследования могут
быть заменены камеральным уточнением и дополнением данных де-
шифрирования космических снимков по материалам лесоинвентариза-
ции.
III ступень - наземная, предназначена для изучения закономерностей
структуры лесного фонда и дешифровочных возможностей космических
снимков, контроля точности дешифрирования и картографирования, а
также сбора фондовых лесоинвентаризационных и иных материалов,
характеризующих лесной фонд. При сверхмелкомасштабном картогра-
фировании (1:5000000 и мельче) наземная ступень может быть заменена
фондовыми лесоинвентаризационными материалами в сочетании с дру-
гими материалами.
Для лесных мелкомасштабных карт в качестве топографической ос-
новы применяют фотопланы, ортофотокарты, топокарты, масштаб ко-
торых близок к масштабу составляемых карт. Предпочтительнее фото-
планы и ортофотокарты, составленные по материалам космических
съемок (в этом случае при интерактивном режиме обработки информа-
ции упрощается процесс переноса ситуации с космических снимков на
топографическую основу и повышается точность).
Фотограмметрическая обработка космических снимков и составление фотопланов и
ортофотокарт основываются на общепринятых приемах и средствах обработки аэрокос-
мических снимков. Для их обработки созданы специальные алгоритмы и программы,
рассчитанные на использование ЭВМ, которые учитывают углы наклона снимков, обу-
словленными разными режимами ориентации съемочной аппаратуры и космического
носителя во время съемки, влиянием защитных иллюминаторов, внутренней рефракцией,
Разными коэффициентами преломления лучей светового потока в кабине КЛА и за ее
пределами, и др.
Искажения координат точек изображения за счет углов наклона и рельефа исправля-
ют трансформированием (электронным, графическим, оптико-механическим или аналити-
ческим). Наиболее широко применявшийся в прошлые годы оптико-механический способ
с помощью стандартных или специально сконструированных фототрансформаторов заме-
нен компьютерным аналитическим по специально разработанным программам. Транс-
299
формирование обычно ведут по опорным точкам с известными координатами, опознавав
мым на космическом снимке и топографической карте. Точность оценивают по невязкам
на контрольных точках. Для уменьшения ошибок нужно опознавать большее число опор-
ных точек (8-15) и трансформировать раздельно каждую часть (зону) снимка, в пределах
которой влияние сферичности земной поверхности или рельефа практически мало и им
можно пренебречь. Чтобы исправить искажения изображения снимка из-за угла наклона, у
опорных точек определяют (по данным топокарт или GPS) географические координаты и
высотные отметки. Как показала практика, при углах наклона космических снимков 10-
15° трансформирование можно выполнить за один прием; при больших значениях требу-
ется последовательное трансформирование на промежуточную плоскость. Особенностью
трансформирования космических снимков является также значительно меньшее влияние
рельефа, чем у аэрофотоснимков, во многих случаях им можно пренебречь.
Топографическая основа карты должна содержать общегеографиче-
ские элементы: гидрографическую сеть, основные населенные пункты,
пути сообщения, границы, административные центры, рельеф суши.
Карту целесообразно создавать на основе с рельефом. Это помогает увя-
зать ее нагрузку с рельефом, уточнить вертикальную поясность расти-
тельности и природно-территориальных комплексов. Составленная и
откорректированная в цифровом виде рабочая основа хранится отдель-
ным слоем в ГИС.
Специальное содержание карт. Одним из основных этапов работы
по созданию карты является составление ее специального содержания и
оформление. Сначала определяют содержание (легенду) карты, исходя
из ее назначения, масштаба и детальности начальной информации. На
карте должна быть отграничена территория лесного фонда. В ее преде-
лах выделяются покрытые лесом земли и основные категории не покры-
тых лесом лесных, а также нелесных земель, которые подразделяются
на замкнутые генерализованные выделы (участки) в соответствии с ле-
гендой и масштабом составляемой карты.
Легенда карты лесов может отображать в пределах каждого генера-
лизованного выдела следующие основные данные, которые могут быть
отдельными слоями ГИС:
- преобладающую лесообразующую породу (например, кедр, сосна,
лиственница, ель, пихта, кедровый стланик, береза, осина, саксаул) или
группу пород - показывается цветом;
- сопутствующие преобладающие породы. В генерализованных вы-
делах, в которые вошли участки леса с преобладанием различных по-
род, доминирующая по площади (занимающая, например, более 55 %
площади выдела) преобладающая порода на карте обозначается цветом,
а сопутствующая преобладающая порода - условным знаком, принятым
легендой. Вместо сопутствующих (по площади) пород могут быть пока-
заны сопутствующие в составе насаждений древесные породы;
зоо
- в генерализованных, покрытых лесом выделах с наличием значи-
тельных площадей мозаично размещенных гарей, вырубок, других, не
покрытых лесом и нелесных земель дополнительно к цвету преобла-
дающей породы могут проставляться условные знаки гари, вырубки и
других категорий земель;
- группы возраста (молодняки и средневозрастные, приспевающие,
спелые и перестойные насаждения);
- группы запасов древесины на 1 га (для приспевающих, спелых и
перестойных насаждений). Градации групп запасов и их количество
определяются по регионам в зависимости от диапазона запасов. Напри-
мер, до 100 м3, от 101 до 200 м3 и свыше 200 м3. Группы запасов древе-
сины на карте могут обозначать штриховкой. Одновременно штриховка
показывает, что в этих контурах произрастают приспевающие, спелые и
перестойные насаждения, а в незаштрихованных - насаждения, отнесен-
ные к группе молодняков и средневозрастных;
- группы полнот насаждений (указываются только на картах М 1:200 000):
низкополнотные (0,3-0,5), среднеполнотные (0,6-0,7) и высокополнот-
ные (0,8 выше). Обозначаются арабскими цифрами (1,2, 3);
- не покрытые лесом земли: редины, гари, погибшие насаждения,
вырубки;
- нелесные земли: сенокосы, пашни, болота, тундры, воды, гольцы,
пески и др.;
- площади, не выражающиеся в масштабе карты, но необходимые
для характеристики картографируемой территории (например, участки
хозяйственно ценных лесов среди малоценных, мелкие колки лесов в
малолесных районах, отдельные группы и полосы деревьев, площади,
занятые кустарниками, фруктовые сады, вырубки, гари и т.п.) - показы-
ваются условными значками или цветом;
- границы лесохозяйственных предприятий, участков лесного фонда
переданных в аренду, категорий лесов, заповедников, национальных
парков, картографируемых выделов;
- дороги лесохозяйственные, общего пользования;
- конторы лесохозяйственных и лесозаготовительных предприятий,
инфраструктуры целлюлозно-бумажных, деревообрабатывающих и ных
производств.
Тематическое содержание карт групп типов леса, лесоэксплуатаци-
онного фонда и других должно отражать в пределах каждого генерали-
зованного выдела свои специфические данные.
Специальное содержание карты групп типов леса включает всю ос-
новную информацию, имеющуюся на карте лесов, за исключением со-
301
путствующих пород, групп возраста, запасов и полноты. Дополнительно
в легенду карты типов леса включаются группы типов леса - обознача-
ются цветом (преобладающие породы на карте типов леса - значками) и
классы бонитета или их группы - обозначаются штриховкой.
Специальное содержание карты эксплуатационного фонда включает
всю основную нагрузку карты лесов. Дополнительно на ней дается ин-
формация о территориях, исключенных из главного пользования, недос-
тупных для лесоэксплуатации, запасах и товарной структуре эксплуата-
ционного фонда, лесозаготовительных и лесоперерабатывающих пред-
приятиях.
На карте гидролесомелиоративного фонда дополнительно к инфор-
мации, имеющейся на карте лесов, должно быть показано расположение
гидролесомелиоративного фонда с подразделением его по группам эф-
фективности и группам очередности осушения, а также территория, где
осушительные работы проведены.
Легенды карт другого тематического содержания определяются тре-
бованиями заказчика и возможностями получения требуемой информа-
ции по космическим снимкам и имеющимся фондовым материалам изу-
ченности картографируемой территории.
Хранение послойно информации в цифровом виде в ГИС позволяет
оперативно использовать ее в различном сочетании при составлении
карт различного тематического содержания.
Содержание легенд карт определяется их программой и может быть
изменено как за счет включения в них дополнительных характеристик,
так и исключения излишней информации.
Изготовление издательского оригинала карты. Космические
снимки используются как для создания топографической основы карт
(при составлении фотопланов), так и для получения тематической кон-
турной и таксационной информации о лесном фонде. В районах, где
отсутствуют материалы лесоустройства или фотостатистической инвен-
таризации либо они устарели, основной объем тематической информа-
ции о лесном фонде получают на основе дешифрирования космических
снимков в среде ГИС (рис. 12.7). При дешифрировании космических
снимков в целях изучения их дешифровочных особенностей, создания
обучающей и контрольных выборок при автоматизированных методах
классификации, контроля правильности дешифрирования используют
имеющиеся аэрофотоснимки залетов прошлых лет, картографические и
фондовые материалы, данные рекогносцировочных обследований лес-
ного фонда с самолетов и вертолетов по наиболее характерным мар-
шрутам.
302
лиственница
кедр
сосна молодая
сосна спелая
береза
ельники
тундра
болото
вода
Рис. 12.7. Результаты автоматической классификации космического снимка
МСУ-Э (Западная Сибирь)
В районах, где на картографируемую территорию имеются материа-
лы лесоустройства или фотостатистической инвентаризации, тематиче-
ская информация о картографируемых объектах может браться с пла-
нов лесонасаждений, таксационных описаний, карт лесохозяйственных
предприятий, окрашенных по преобладающим породам. Космические
снимки в этом случае используют для выявления в результате визуаль-
ного дешифрирования или автоматизированной классификации границ
четко заметных на снимках основных картографируемых объектов
(контуров, классов) и учета текущих изменений в лесном фонде, про-
исшедших в результате естественных и антропогенных воздействий, а
также для выделения природно-территориальных комплексов (ланд-
шафтного районирования картографируемой территории). Однако в
каждом отдельном случае должно быть определено, что взять за основу:
материалы космических съемок или имеющиеся материалы лесоин-
зоз
вентаризации. Здесь должна решаться оптимизационная задача - мак-
симум необходимой информации, минимум затрат.
Специальное содержание наносят на карту в генерализованном виде.
При генерализации отбирают элементы содержания: обобщают их каче-
ственные и количественные показатели (при разработке легенды), вы-
деляют отдельные объекты (участки) по укрупненным показателям и
обобщают их очертания (контуры, границы), показывают главное со-
держание средствами оформления (красками, значками).
Очень важно соблюдать геометрическую точность нанесения конту-
ров, сохранять процентное соотношение покрытой лесом площади к
общей площади, между преобладающими породами леса и другими ха-
рактеристиками, фиксируемыми на карте. Увеличение важных, но ма-
лых контуров компенсируют исключением менее важных или уменьше-
нием их площади. Генерализация специальной нагрузки и определение
планового положения контуров при составлении тематических карт по
космическим снимкам значительно упрощаются, так как они имеют не-
значительные искажения из-за рельефа местности. При выделении и
отграничении площадей по снимкам, одномасштабным с создаваемой
картой, субъективность генерализации и ошибки, свойственные обыч-
ным методам, устраняются почти полностью.
Космические снимки дают существенный, а иногда и полный объем
информации о лесном фонде, необходимой для составления тематиче-
ской карты. С повышением качества снимков и укрупнением их мас-
штабов объем информации возрастает. В соответствии с требованиями к
легенде карты и ее масштабом подбирают тот или иной исходный мате-
риал космических съемок. С учетом специфики лесов и сложности их
структуры космические снимки должны быть многозональные или
спектрозональные, получены при съемке в сезонный период, характери-
зующийся наибольшими контрастами картографируемых элементов,
прежде.всего преобладающих древесных пород. Примерная разрешаю-
щая способность снимков должна быть не хуже 250 м для карты
М 1:2500 000, 100 м - 1:1000000, 50 м - 1:500000, 20 м -1:200000 и круп-
нее (для составления географической основы карты и выделения круп-
ных ПТК до ранга ландшафт или местность можно применять снимки с
худшим разрешением).
Дешифрированию космических снимков для получения тематиче-
ской нагрузки карты предшествуют ландшафтно-лесотипологические
исследования. По имеющимся картографическим и литературным ис-
точникам, а также на основе дешифрирования космических снимков
низкого разрешения (порядка 0,5 - 1 км) выделяют ПТК до ранга ланд-
304
шафт. Для каждого выделенного ландшафта разрабатывают предвари-
тельную или окончательную (в зависимости от наличия материала) ук-
рупненную схему групп типов условий местопроизрастания с указанием
распространенности древесных пород и других лесоводственно-
таксационных характеристик, являющихся элементами содержания кар-
ты. Схема групп типов условий местопроизрастания должна предусмат-
ривать выделение для каждого ландшафта минимально оптимального
числа лесотипологических единиц с учетом требований принятой ле-
генды.
Изучение и последующая разработка ландшафтных и структурных
признаков дешифрирования космических снимков, уточнение схем
групп типов условий местопроизрастания, изучение взаимосвязей меж-
ду конкретными таксационными и дешифровочными показателями, на-
бор материала для оценки тематической точности карты требуют поле-
вых выборочных наземных и аэровизуальных обследований и/или ис-
пользования имеющихся данных лесоинвентаризаций. Объем полевых
работ зависит от степени изученности картографируемого района, ин-
формативности космических съемок, подготовленности исполнителей
для дешифрирования космических снимков. В неизученных районах для
репрезентативности дешифровочных признаков в наиболее характерных
местах каждого ландшафта намечают профили и в их пределах назем-
ным или аэровизуальным методом описывают ландшафтно-
лесотипологические характеристики. В хорошо изученных районах по-
левые и аэровизуальные обследования могут не проводиться.
Ландшафтная таксация сводится к выделению однородных по карто-
графируемым характеристикам участков, размер которых должен быть
или равен, или больше минимального участка, выделяемого на карте
(обычно не меньше 4 мм2 в масштабе карты). Древостой в выделенных
контурах описывают принятыми в таксации методами с фиксацией по-
казателей, изображающихся на карте, или полезных при дешифрирова-
нии космических снимков на основе их взаимосвязей с таксационными
показателями и условиями произрастания. При этом анализируют и ха-
рактеризуют дешифровочные особенности космических снимков, ис-
пользуемых в обязательном порядке при наземных и аэровизуальных
обследованиях.
Наземные и авиационные маршруты ландшафтно - лесотипологиче-
ских профилей по возможности должны охватывать все разнообразие
морфологической структуры ландшафтов в меридиональном и широт-
ном направлениях. Полевые работы и последующее дешифрирование
Должны выполнять преимущественно одни и те же специалисты, так как
305
дешифровщик должен хорошо знать структуру древостоев и географи-
ческие закономерности их распространения в исследуемом районе.
Завершив полевые работы, приступают к обработке и систематиза-
ции собранного материала в пределах выделенных ландшафтов; выяв-
ляют встречаемость групп типов леса, насаждений с преобладанием той
или иной породы; анализируют структурные единицы ландшафта
вплоть до элементарной - фации, которую принимают тождественной
лесоводственной единице - типу леса; разрабатывают признаки дешиф-
рирования по космическим снимкам предусмотренных легендой такса-
ционных характеристик насаждений, а также не покрытых лесом и не-
лесных земель.
Космические снимки дешифрируют общепринятыми автоматизиро-
ванными или глазомерно-аналитическими методами с использованием
ГИС-технологий: выделяют площадь лесного фонда и подразделяют на
покрытую и не покрытую лесом, нелесную; в соответствии с принятой
легендой выявляют картографируемые элементы: разделение не покры-
тых лесом и нелесных земель по категориям, покрытой лесом - по пре-
обладающим породам и другим характеристикам (группам типов усло-
вий местопроизрастания, полноты или возраста, классов бонитета и пр.).
Для уточнения характеристик и контроля используют все картографи-
ческие, таксационные и другие материалы. Результаты дешифрирования
проверяют в ходе выборочного облета картографируемой территории на
самолете или вертолете или по данным лесоинвентаризаций; одновре-
менно уточняют характеристики тех контуров, надежно дешифрировать
которые не представилось возможным. Для контроля используют и дан-
ные наземных ландшафтных обследований.
Далее составляют авторский экземпляр карты: увязывают специальное содержание,
переносят его на авторский экземпляр и вычерчивают, проверяют геометрическую точ-
ность карты. После оформления и корректуры авторский экземпляр карты передают в
картографическое производство, где оформляют издательский оригинал и тиражируют его
с одновременной окраской.
Все картосоставительские работы выполняются автоматизированными методами в
среде ГИС, отдельными слоями которой должны быть топографические карты, космиче-
ские снимки, материалы изученности лесов и другая необходимая информация.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Система лесных карт, составляемых по аэро- и космическим снимкам:
фотоплан, ортофотоплан, уточненная фотосхема, простая фотосхема, цифровая
карта. Отличительные особенности их.
2. Методология составления простых фотосхем по аэрофотоснимкам.
3. Методология составления лесных тематических мелкомасштабных
карт по космическим снимкам.
306
ГЛАВА 13. ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПРИ УСТРОЙСТВЕ РЕКРЕАЦИОННЫХ ЛЕСОВ,
В ЛЕСОПАТОЛОГИИ И ПРИ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ОБСЛЕДОВАНИЯХ
13Л. Применение аэроснимков при устройстве рекреационных
лесов »
*
Рекреационные леса по их народнохозяйственному значению, ме-
стоположению и выполняемым функциям подразделяются на несколько
категорий.
Пригородные леса, входящие в зеленый защитный пояс городов. В
них выделяют лесные массивы, предназначенные для отдыха населения,
- лесопарковые части зеленых зон. Как правило, в крупных городах раз-
рабатывается и осуществляется государственный перспективный план
развития, в котором намечается и комплекс мероприятий по преобразо-
ванию и рациональному использованию лесов зеленой зоны.
Пригородный лес постепенно благоустраивается и трансформирует-
ся в лесопарк. Загородные лесопарки также входят в систему зеленых
зон городов и являются местами массового периодического отдыха го-
родского населения.
Городские лесопарки. Это переходная категория от загородных ле-
сопарков к городским паркам. Их появление связано с расширением
городов и застройкой прилегающих к городу территорий. Хозяйствен-
ные мероприятия в городских лесопарках направляются на сохранение
природной среды. При умелом ведении хозяйства лесопарк может дли-
тельное время выполнять свои функции. На определенном этапе, когда
рекреационная нагрузка превышает нормативно допустимую, свобод-
ный режим пользования сказывается отрицательно на состоянии при-
родной среды. Лесопарк приближается к городскому парку (рис. 13.1).
Историко-мемориальные объекты и памятники садово-
паркового искусства. Мемориальность объекта всегда связана с опре-
деленным периодом мемориализации, т.е. временем, на которое фикси-
руется облик данного объекта. Например, мемориальный облик Пуш-
кинского Государственного заповедника в Псковской области связыва-
ется с годами ссылки поэта (1824 - 1826 гг.). Облик памятника садово-
паркового искусства воссоздается на время наибольшего расцвета парка
или определенного периода его создания.
В отдельные категории рекреационных лесов выделяют националь-
ные парки, лесные массивы вокруг курортов, домов отдыха, санаториев,
Детских лагерей. Эти леса предназначены для создания благоприятных
307
условий для отдыха и выполняют, кроме того, защитные и санитарно-
гигиенические функции.
Рис. 13.1. Цветной аэрофотоснимок на территории части национального парка Лосиный
остров (г. Москва). Слева - жилые кварталы города, среди леса — инфраструктуры
рекреации: дорожно-тропиночная сеть; водоемы; спортивные площадки
В зависимости от хозяйственного назначения объекта устройство его
включает различные задачи. Например, устройство объектов с веде-
нием хозяйства по насаждениям может характеризоваться следующим
составом полевых работ и изысканий:
- съемочно-геодезические работы,
- уточнение геодезической основы планово-картографических мате-
риалов,
- ландшафтная таксация,
- почвенно-типологическое обследование,
- изыскания с целью проектирования элементов благоустройства в
рекреационных лесах.
Хозяйство в парковых и особо ценных мемориальных объектах ве-
дется на подеревной основе садово-парковыми приемами.
Устройство этих объектов характеризуется следующим составом на-
турных изысканий:
- съемочно-геодезические работы М 1:500-1: 2000,
308
- инвентаризация древесно-кустарниковой растительности, вклю-
чающая описание отдельных деревьев (порода, возраст, санитарное со-
стояние, декоративные показатели) и групп кустарников,
- почвенное обследование,
- изучение геологических и гидрологических условий,
- оценка хозяйственного состояния существующих на территории
объекта архитектурных и инженерных сооружений,
- технико-экономические исследования.
Наиболее распространенными в практике устройства рекреационных
лесов являются плановые аэрофотосъемки. Масштаб фотографирования
для объектов с ведением хозяйства по насаждениям -1:5000-1:10000, а
для объектов с подеревным ведением хозяйства-1:500-1:1500. При
съемке используют топографические аэрофотоаппараты с fK 200-500 мм.
Для таксации и определения санитарного состояния насаждений съемку
ведут в летний период на спектрозональную аэрофотопленку.
При устройстве объектов, где требуется составление или значитель-
ное обновление планово-картографических материалов, аэрофотосъем-
ку выполняют весной, до распускания листьев, или осенью, после лис-
топада. Съемку проводят в солнечную погоду или при легкой слоистой
облачности верхнего яруса на черно-белую аэрофотопленку. В этом
случае перед съемкой обязательна наземная маркировка геодезических
знаков, имеющихся в объекте. Целесообразна и маркировка отдельных
мемориальных деревьев, если намечается их картирование.
При устройстве объектов с ведением хозяйства по насаждениям ос-
новные сведения о лесном фонде дает таксация. Особенность же уст-
ройства рекреационных лесов заключается в том, что данных, получен-
ных в результате лесной таксации, бывает недостаточно: требуются
сведения для решения вопросов архитектурно-планировочной и ланд-
шафтной организации устраиваемого объекта, для чего устанавливают
ряд дополнительных показателей, т.е. ландшафтную характеристику
таксационного выдела. Поскольку в большинстве случаев определение
таксационной и ландшафтной характеристик выдела проводит одновре-
менно один и тот же исполнитель, этот процесс называют «ландшафт-
ная таксация».
Перечень определяемых таксационных показателей насаждений
включает состав древесных пород, их возраст, средние высоту и диа-
метр деревьев, полноту, бонитет, тип леса, запас, а также описание под-
роста, подлеска, напочвенного покрова и пр. Ландшафтная характери-
стика таксационных выделов имеет следующие показатели: сомкну-
тость полога, длину и ширину крон, проходимость и просматриваемость
309
участка, характер размещения деревьев, жизнеустойчивость древостоев
эстетическую и санитарно-гигиеническую оценку, а также оценку со-
вершенства существующего и проектируемого ландшафтов. Последняя
устанавливается на основе двух показателей - типа ландшафта (сущест-
вующий и проектируемый) и стадии рекреационной деградации. Ланд-
шафтную таксацию лесных и нелесных участков выполняют при натур-
ном осмотре с предварительно подготовленным абрисом. Обычно абри-
сом служит спектрозональный аэрофотоснимок М 1:5000-1:10000. Аэ-
рофотоснимки позволяют определять некоторые показатели непосред-
ственно по снимкам на основе аналитического и инструментально-
измерительного дешифрирования, в том числе в интерактивном режиме
на экране компьютера: среднюю высоту деревьев или среднюю высоту
полога древостоев, сомкнутость полога, состав древостоев, густоту и
размещение деревьев и пр.
Степень усыхания насаждений устанавливают на основе процентно-
го соотношения числа деревьев, отнесенных к категории жизнеспособ-
ных, усыхающих и усохших деревьев. На спектрозональных аэрофото-
снимках изображение здоровых, ослабленных, усыхающих и усохших
деревьев различают по цвету.
Основная цель ведения хозяйства в лесах рекреационного назначе-
ния - формирование жизнеустойчивых высокопродуктивных насажде-
ний, обладающих хорошими эстетическими и декоративными качества-
ми. Поэтому перед лесоустройством ставится задача разработки схем
рационального размещения насаждений и древесных пород в лесорасти-
тельных условиях, максимально отвечающих их биолого-генетическим
свойствам. Почвенное обследование М 1:10000 является составной ча-
стью участкового метода устройства на почвенно-типологической осно-
ве, которая предусматривает направленное проектирование всех лесохо-
зяйственных мероприятий на целевую древесную породу.
Для обследования применяют плановые спектрозональные аэрофо-
тоснимки М 1:10000. В процессе подготовительных работ по снимкам
дешифрируют границы таксационных выделов. На снимки наносят кон-
туры изученных ранее почв, а также выходов и названий почв смежных
землепользователей. Затем с учетом отдешифрированных участков на
снимках составляют проект заложения почвенных разрезов и прикопок.
Полевое почвенное обследование выполняют с заложением разрезов и
взятием образцов для химических анализов по генетическим горизон-
там.
После получения результатов химического анализа почв оконча-
тельно редактируют полевую почвенную карту, вычисляют площади
зю
контуров почвенных участков, составляют окончательный систематиче-
ский список почв и изготавливают почвенно-типологическую карту.
В объектах с подеревным ведением хозяйства для картографирова-
ния элементов внутренней ситуации и инвентаризации древесно-
кустарниковой растительности применяют аэрофотоснимки, выполнен-
ные в весенний или осенний период, когда листопадные породы нахо-
дятся в безлиственном состоянии.
В зависимости от уровня подготовки исполнителей и сложности
объекта работ намечают предварительное камеральное дешифрирование
рабочих аэрофотоснимков или же весь объем работ выполняют в поле-
вой период. Если проводится камеральное дешифрирование, то дешиф-
ровщики должны располагать фототекой типичных изображений де-
шифрируемых элементов внутренней ситуации и пород деревьев, а так-
же пройти соответствующую тренировку. Полевое дешифрирование
проводят непосредственно при натурном обследовании объекта.
Спектрозональные снимки М 1:500-1:1000 могут быть использованы
для ландшафтно-исторического анализа мемориальных объектов и
оценки планировочной и композиционно-пространственной структуры
парковой территории.
Классификация ландшафтов основана на характере размещения де-
ревьев и сомкнутости древесного полога. Значение сомкнутости полога
можно определить автоматизированными способами на экране компью-
тера: а) измерением ширины крон и просветов между ними на прямых
взаимно перпендикулярных линиях; б) измерением площадей, занятых
проекциями крон деревьев, и др. В результате составляют схему рас-
пределения территории объекта на закрытые, полуоткрытые и открытые
ландшафты.
Материалы спектрозональных крупномасштабных аэрофотосъемок
М 1:500-1:1000, выполненных в летний период, могут быть использова-
ны для определения жизнеустойчивости деревьев. Для опознавания здо-
ровых, ослабленных, сильноослабленных, усыхающих и усохших де-
ревьев проводят тщательное стереоскопическое рассматривание крон
деревьев и выявление аномалий в строении крон. К основным призна-
кам дешифрирования ослабленных и сильноослабленных деревьев от-
носятся: наличие в кроне сухих ветвей, нарушенность формы кроны,
изменение густоты кроны, изменение цвета и цветовой структуры
кроны.
Крупномасштабные аэрофотоснимки используют для составления
планово-картографической документации. Наиболее доступный и деше-
вый в изготовлении вид топоосновы - это фотосхема. Фотосхему рав-
311
нинной местности можно рассматривать как приближенный фотоплан.
Точность фотосхемы существенно зависит от углов наклона аэрофото-
снимков, колебаний высоты полета, погрешностей монтажа аэросним-
ков. Фотосхемы, составленные из контактных снимков, используют для
иллюстративных целей. Более точной считается уточненная фотосхема,
составленная из аэрофотоснимков, полученных с применением гироста-
билизирующей установки и приведенных к заданному масштабу. Уточ-
ненные фотосхемы можно использовать как для проектирования, так и
для наглядного оформления проектных решений. Фотоплан - основной
измерительный фотограмметрический материал. Учитывая, однако, до-
вольно значительную стоимость составления фотопланов, их использо-
вали как топографическую основу при проектировании новых лесопар-
ков или при разработке проектов реставрации особо ценных мемори-
альных объектов.
В большинстве случаев на объекты рекреационного устройства име-
ется планово-картографическая документация прошлых лет. В этом
случае в задачу устройства входит только внесение текущих изменений
в плановые материалы. Дополнительно могут быть составлены иллюст-
ративные фотосхемы в разных масштабах.
Внедрение в практику устройства рекреационных лесов, как и лесо-
устройства, современных ГИС-технологий позволяет автоматизировать
весь процесс работы с аэрофотоснимками и составления самых разно-
образных планово-картографических материалов, всесторонне характе-
ризующих объект устройства, в том числе и фотосхем и фотопланов.
Варианты применения крупномасштабных аэрофотоснимков можно
иллюстрировать на примере устройства мемориального заповедника
Ясная Поляна (рис. 13.2). Площадь усадьбы 410 га. В ее состав входят
дома с надворными постройками, парк, фруктовые сады, леса, сельско-
хозяйственные угодья. Лесную часть заповедника устраивали методом
ландшафтной таксации с применением спектрозональных аэрофото-
снимков М 1:3ООО. Из этих же снимков была составлена фотосхема, на
которую были перенесены данные с полевых абрисов-фотоснимков. На
каждый хозяйственный участок составляли графический планшет М
1:2000 (система хозяйственных участков в лесах усадьбы сложилась при
жизни Л. Н. Толстого).
Мемориальными насаждениями считаются леса, произраставшие
еще при жизни писателя. К настоящему времени сохранилось 13 таких
участков. Насаждения, восстановленные на месте утраченных в точном
соответствии с их первоначальным обликом, также имеют мемориаль-
ное значение.
312
Рис. 13.2. Весенний снимок части усадьбы Ясная Поляна. Стрелками показана дорожная
сеть, которая в летнее время на снимках закрыта кронами деревьев
Один из интереснейших участков, дающий представление о некогда
наменитых Тульских засеках, - «Чепыж». При жизни писателя он пред-
тавлял собой типичный участок заповедной дубравы. В настоящее
ремя здесь проведена подеревная инвентаризация с помощью магериа-
313
лов крупномасштабной аэрофотосъемки, которую выполняли весной, до
распускания листьев, М 1:1200. Рабочие снимки были увеличены до
М 1:500. Учтено около 2 тыс. деревьев, имеющих мемориальное значение
из них деревьев дуба в возрасте 200-250 лет - 280 экз. На участок со-
ставлена фотосхема М 1:500 с показом мемориальных деревьев в приня-
той системе условных знаков. Без применения аэрофотосъемки выпол-
нение подобной работы было бы связано со значительными трудностя-
ми, поскольку хорошо развитый подлесок в «Чепыже» препятствует
проведению топографической съемки.
При устройстве парковой части усадьбы применяли снимки того же
залета. Были выполнены инвентаризация древесно-кустарниковой
растительности и картографирование мемориальных деревьев. По
снимкам М 1:1000 можно уверенно распознать дорожно-тропиночную
сеть, живые изгороди, кустарники со свободным размещением, отдельно
стоящие деревья, цветники, газоны, фруктовые сады. На парковую часть
составлены фотопланшеты и фотосхема М 1:500. Применение
аэрофотоснимков позволило частично отказаться от проведения
съемочно-геодезических работ для картографирования мемориальных
деревьев и элементов внутренней ситуации.
Перспективными при устройстве рекреационных лесов, в том числе
парков, следует считать и космические снимки сверхвысокого
пространственного разрешения, возможности которых иллюстрируются
на рис. 13.3 [5].
Рис. 13.3. Цифровой космический снимок со спутника Quick-Bird статуи Свободы
на Манхэттене в Нью-Йорке, выполненный в естественных цветах
(разрешение на местности 60 см)
314
Использование аэро- и космических снимков при устройстве объек-
тов рекреационного значения существенно повышает уровень выпол-
няемых работ, расширяет круг решаемых задач. Немаловажное значение
имеют наглядность и иллюстративные качества предоставляемого за-
казчику материала. В этом отношении иллюстративные фотосхемы,
изготавливаемые из цветных или спектрозонадьных снимков, удовле-
творяют самым высоким требованиям заказчика.
13.2. Оценка лесопатологического состояния
Состояние лесов можно оценивать по материалам разных видов аэ-
рокосмических съемок. Практически на всех снимках четко просматри-
ваются свежие гари, но в зависимости от масштаба и разрешающей спо-
собности снимков размеры участков, которые могут быть опознаны при
дешифрировании, колеблются в очень больших пределах. Так, по кос-
мическим снимкам с разрешением на местности около 200 м можно об-
наружить лишь крупные гари и погибшие насаждения от воздействия
других факторов площадью в сотни и тысячи гектаров. По снимкам с
разрешением 6-50 м устанавливают гари, ветровальники, сильно повре-
жденные вредителями или другими неблагоприятными явлениями на-
саждения площадью в несколько гектаров и более. При дешифрирова-
нии космических снимков площади поврежденных насаждений ойреде-
ляют по тону (цве^у). Наибольшего эффекта достигают при использова-
нии цветных спектрозональных или синтезированных многозональных
снимков. На снимках повышенной разрешающей способности важными
признаками гарей, ветровала и бурелома являются текстура и морфо-
метрия изображения (например, на снимках высокого разрешения гра-
ницы гарей сильно изрезаны). По космическим снимкам можно вы-
явить различные аномалии на территории лесного фонда и осуществ-
лять контроль за его состоянием на больших площадях с относительно
небольшими затратами времени, труда и средств с неоднократной по-
вторяемостью в течение года.
Наиболее полную характеристику состояния лесов дают аэрофото-
снимки разных масштабов - от сверхкрупно- до мелкомасштабных. Для
выявления площадей, поврежденных вредителями, болезнями, пожара-
ми и стихийными бедствиями, используют цветные спектрозональные и
многозональные снимки М 1:50000-1:100000 с выделением по ним
сильных и средних повреждений; слабые повреждения на мелкомас-
штабных снимках не выявляются. На аэрофотоснимках М 1:10000-
1:15000 четко выделяют три-четыре категории повреждений (погибшие,
сильно-, средне- и слабоповрежденные насаждения).
315
По крупно- и сверхкрупномасштабным снимкам оценивают степень
повреждения не только насаждения в целом, но и отдельных деревьев и
даже частей их крон (рис. 13.4).
Рис. 13.4. Цветной аэрофотоснимок с изображением ^лово-лиственных насаждений.
Синим цветом изображен деревья и их группы, поврежденные типографом
Необходимо иметь в виду, что по материалам аэрокосмических съе-
мок выявляют только факт и степень повреждения; причину, вызвав-
шую его, вид вредителя и болезни можно установить только при назем-
ном обследовании. Исключение составляют свежие гари и ветровалы,
которые надежно опознают на снимках по специфическим, присушим
только им дешифровочным признакам. Поэтому лесопатологические
обследования на основе использования материалов аэрокосмических
съемок должны обязательно сочетать дешифрирование снимков с дан-
ными выборочных наземных обследований, а иногда и дополняться аэро-
визуальными наблюдениями.
С 1978 г. применяется метод выявления по космическим снимкам и
картографирования площадей лесного фонда, пройденных пожарами и
стихийными бедствиями, предусматривающий три варианта организа-
316
ции работ. Первый вариант предусматривает выявление по космиче-
ским снимкам площадей, поврежденных пожарами и стихийными бед-
ствиями. Сравнением данных дешифрирования с материалами лесоуст-
ройства или лесоинвентаризации составляют характеристику сгоревших
или поврежденных насаждений и других категорий площадей и опреде-
ляют величину нанесенного лесному фонду ущерба. По второму вари-
анту для уточнения характеристик поврежденных участков лесного
фонда привлекают космические снимки, полученные до и после небла-
гоприятного явления, а по третьему - также и материалы аэровизуаль-
ных наблюдений с самолета (вертолета). Последний вариант менее эко-
номичен, но позволяет дать качественную оценку поврежденных наса-
ждений и более обоснованно наметить мероприятия по ликвидации по-
следствий пожара или стихийного бедствия, включая использование
древесины, а также планировать противопожарные и лесовосстанови-
тельные мероприятия.
В случае повреждения лесов пожарами и стихийными бедствиями на
больших площадях возможно применение космических снимков и вы-
борочных крупномасштабных (1:5000) аэрофотоснимков. В этом случае
по космическим снимкам определяют контуры поврежденных площа-
дей, проводят предварительную стратификацию по группам насаждений
и степени повреждения, а по крупномасштабным - дают детальную ха-
рактеристику сохранившегося и поврежденного леса. При отсутствии
космических снимков для обследования гарей и ветровалов возможно
применение сплошной мелко- или среднемасштабной и выборочной
крупномасштабной аэрофотосъемок. Это увеличивает стоимость и тру-
доемкость работ, но повышает точность работ, особенно применительно
к каждому конкретному выделу, так как информативность аэрофото-
съемки выше, чем космической. Во всех случаях предусматривается
ограниченный объем наземных работ для изучения дешифровочных
признаков и оценки результатов дешифрирования. На цветных спектро-
зональных аэрофотоснимках М 1:15000 и крупнее по специфическим
признакам (цвету, оттенку, структуре крон) четко дешифрируют дере-
вья, усохшие и поврежденные, усыхающие, ветровал, бурелом, гари
и пр.
Отличительными признаками гарей являются общий ярко-синий или
зеленовато-синий цвет изображения на цветных спектрозональных
снимках, резко изорванные границы, наличие куртин здоровых деревьев
около водотоков, балок или других понижений. Изорванность границ
гарей определяется в основном рельефом местности: на повышенных
Местах пожар проникает в лесные массивы на более значительную глу-
317
бину. Площадь и границы гарей устанавливают с достаточно высокой
точностью. Иногда затруднено дешифрирование вида низового пожара
и степени повреждения им древостоя. Большое значение имеет срок
выполнения аэрофотосъемки. Например, дешифрирование кедровых
древостоев, пройденных сильным низовым пожаром, показывает, что
послепожарные изменения достаточно четко изображаются при аэрофо-
тосъемке, выполненной через месяц после пожара.
На аэрофотоснимках М 1:15000 и крупнее хорошо выделяются за-
хламленные гари: в виде штрихов заметны беспорядочно поваленные
деревья и корневые вывороты с землей, следы разработки гарей (штабе-
ля бревен, кучи хвороста, трелевочные волоки, лесовозные дороги).
Ветровалы в насаждениях отличаются от гарей не только контурами, но
и односторонним повалом деревьев; в ту же сторону чаще всего вытя-
нут весь участок. Направление валежа и общая длина деревьев, относи-
тельные размеры крон и вывороченной с землей корневой системы вид-
ны хорошо. При стереоскопическом рассмотрении валеж различим и в
среднеполнотных насаждениях среди разреженного полога. По аэрофо-
тоснимкам этого же масштаба может быть измерена длина отдельных
деревьев и учтен общий запас ветровала.
Существенный вред насаждениям, особенно хвойным, наносят про-
мышленные выбросы. От их воздействия нарушается жизнедеятель-
ность ассимиляционного аппарата хвои, наблюдается хроническое от-
мирание деревьев и накопление сухостоя. Высокоинформативные кос-
мические снимки выявляют факт повреждения насаждений в зоне про-
мышленных предприятий, но для качественной оценки насаждений и
деревьев применяют аэрофотосъемку. На снимках должны быть раз-
дельно изображены кроны деревьев, выходящих в полог, а также кроны
разной степени повреждения. Лучше всего проводить аэрофотосъемку
многозональную или на цветные спектрозональные пленки М 1:500-
1:1000, не мельче 1:5000-1:8000. Наиболее рациональный способ обсле-
дования таких насаждений - выборочный, предусматривающий равно-
мерную закладку фотопроб по обследуемой территории. В связи с этим
целесообразна выборочная аэрофотосъемка триплетами по равномерно
размещенным по территории маршрутам. Число фотопроб зависит от
разнообразия насаждений, характера повреждений, заданной точности.
После тренировки и разработки признаков дешифрирования по снимкам
определяют состояние деревьев с подразделением их по трем категори-
ям. В объектах дешифрирования для наземного контроля статистиче-
ским путем отбирают определенное число фотопроб, опознают в натур6
их местоположение, выполняют наземный перечет деревьев по катего-
318
риям состояния, сравнивают его с данными дешифрирования и вносят в
результаты дешифрирования соответствующие поправки.
13.3. Авиадесантные лесопатологические обследования
В лесах, где вредные насекомые и болезни значительно распростра-
нены, санитарное состояние обследуют специализированные лесопато-
логические подразделения. В устроенных лесах в зоне интенсивного
ведения лесного хозяйства проводят, как правило, наземные лесопато-
логические обследования. В лесах, подвергающихся длительному воз-
действию неблагоприятных факторов (промышленные выбросы, корне-
вая губка в сосняках и т. п.) или воздействию разового характера, по-
влекшему за собой массовую гибель древостоев на больших площадях
(лесные пожары, ветровалы, аварийные выбросы промпредприятий и
т.п.), обследования проводят на основе лесопатологического дешифри-
рования аэро- или космических снимков с элементами наземных работ
или аэротаксации.
В труднодоступных лесах с целью своевременного выявления оча-
гов наиболее опасных хвоегрызущих и стволовых вредителей, а также
площадей массового усыхания лесов; разработки проектов авиаборьбы;
назначения надзора за вредителями или болезнями, санитарных рубок и
других оздоровительных мероприятий проводят авиадесантные лесопа-
тологические обследования.
Авиадесантные обследования слагаются из подготовительных работ, авиалесопато-
логической разведки и таксации и наземных десантно-маршрутных обследований. В про-
цессе подготовительных работ уточняют границы объектов и конкретизируют задачи
обследования; изучают материалы лесоустройства, естественноисторические условия,
данные лесопатологического надзора, выполненного органами лесного хозяйства и мест-
ной авиабазой по охране лесов, материалы о лесохозяйственной деятельности; проводят
коллективную тренировку с ИТР для отработки техники обследования и уточнения общих
принципов назначения и проектирования мероприятий. ИТР, принимающие участие в
авиалесопатологической разведке и таксации, проходят дополнительную тренировку под
руководством начальника партии с участием старшего летчика-наблюдателя авиабазы по
лесозащите или оперативного отделения данного района.
Авиалесопатологическую разведку и таксацию выполняют начальник партии или
специально подготовленные специалисты при обязательном участии летчика-наблюдателя
базы, обслуживающего район обследования, с использованием самолетов и вертолетов
легких типов. Во время полета лесопатолог ведет журнал авиаразведки или таксации, а
летчик-наблюдатель наносит лесопатологическую ситуацию на рабочую топокарту М
1:100 000 - 1:300 000. На топокарту по материалам лесоустройства, аэро- или космическим
снимкам, документации лесного предприятия наносят квартальную и дорожную сети,
трассы и другие разграничительные линии, ценные темнохвойные массивы, в которых
наиболее вероятны резервации и вспышки массового размножения сибирского шелкопря-
да и других опасных вредителей, вырубки, гари и другие неблагоприятные в санитарно-
лесопатологическом отношении участки. При большом объеме информации ее наносят на
черно-белую копию (выкопировку) плана лесонасаждений.
319
Авиалесопатологическую разведку проводят в начале полевого сезона с целью реког-
носцировочного ознакомления с общим состоянием обследуемых насаждений, выявления
поврежденных, ослабленных и усыхающих древостоев, выбора направлений полетов при
авиалесопатологической таксации, минимальной высоты и расстояний между маршрута-
ми, подбора участков для наземного маршрутного обследования, пунктов высадки и вы-
возки десантных групп. Общая протяженность полетов при авиаразведке до 300 км на 1
млн. га обследуемой площади. В действующих очагах вредителей в течение лета ведут
дополнительные разведывательные полеты для выявления изменений степени поврежде-
ния и границ поврежденных участков за определенный период.
Авиалесопатологическую таксацию проводят в июне - июле (когда наиболее заметно
объедание хвои сибирским шелкопрядом) с высоты 400 - 500 м по маршрутам, намечен-
ным в процессе подготовительных работ и авиаразведки. Расстояние между маршрутами
колеблется от 4 до 10 км, в зависимости от расположения массивов хвойных насаждений и
лесопатологической ситуации. Общая протяженность маршрутов авиалесопатологической
таксации 1000 - 2500 км на 1 млн.га обследуемой площади.
При маршрутной авиалесопатологической таксации на подготовленную рабочую то-
покарту наносят все участки леса, где обнаружены объедание насекомыми, усыхание
(усыхающие деревья и свежий или старый сухостой), изменение окраски полога или из-
реженность крон, ветровал и свежие гари. Такие участки описывают в журнале, указыва-
ют их местоположение, краткую таксационную характеристику, степень повреждения
(процент усыхания), причины и характер повреждений и др.
Повреждение полога древостоев хвое- и листогрызущими вредителями оценивается
по следующим градациям: до 25 % - слабая, 26-50 % - средняя, 51-75 % - сильная, более
75% - сплошная. Степень усыхания насаждений характеризуют также в процентах: до 25,
26 - 50 и более50 % деревьев. Причины усыхания или повреждения уточняют в процессе
наземных работ.
Минимальная площадь выделяемых ветровальников и свежих гарей 10 га. Наряду с
состоянием древостоев во время полетов на карте при необходимости уточняют массивы
темнохвойных лесов, в которых наиболее вероятны нахождение сибирского шелкопряда и
вспышки массового размножения опасных хвоегрызущих вредителей леса.
По материалам авиалесопатологической таксации составляют рабочую карту-схему и
оперативный план выборочных авиадесантных обследований, а также намечают пункты
высадок и маршруты наземного обследования участков. В оперативном плане указывают
потребность в летательных аппаратах и летном времени, пункты и очередность высадок
лесопатологических групп, протяженность и направление маршрутных наземных ходов,
продолжительность работы на высадках, способ возвращения. Определение технической
пригодности посадочных площадок производят представители авиаотряда или авиабазы.
Десантные наземные маршрутные обследования проводят лесопатологические груп-
пы из 3-4 чел. во главе с инженером-лесопатологом. На 1 млн. га число пунктов наземного
обследования (высадок) составляет не менее 25, маршрутного хода - 1000 км, модельных
деревьев на хвоегрызущих вредителей - 2000, пробных площадей на состояние насажде-
ний-75. Десантные группы лесопатологов на пункты высадки завозят вертолеты. На поса-
дочной площадке выкладывают условный опознавательный знак «место посадки вертоле-
та» в виде буквы Т из белого полотнища или березовых жердей, а на вершине ближайшего
к посадочной площадке хорошо заметного высокого дерева вывешивают красно-белый
флаг размером 1x1,5 м.
Наземное обследование в пункте высадки осуществляют по намеченным маршрут-
ным ходам (расстояние между маршрутами 1-2 км), которые пересекают наиболее круп-
ные выделы темнохвойных насаждений, где могут быть повышенная численность хвое-
грызуших вредителей и участки в неблагополучном санитарном состоянии.
320
В процессе наземного обследования дают детальную характеристику санитарного со-
стояния насаждений. Лесопатологическую наземную таксацию и детальные работы вы-
полняют в пунктах учета, размещаемых через 0,5 - 2 км, в зависимости от состава насаж-
дений и лесопатологической обстановки, в среднем через 1 км маршрутного хода.
В журнале лесопатологической таксации ведут абрис с нанесением таксационных и
лесопатологических выделов, пунктов учета и пробных площадей; делают запись о лесо-
патологическом и санитарном состоянии насаждений с указанием степени поврежденно-
сти древостоев, с распределением деревьев по категориям состояния, степеням потери
хвои (листвы), побегов и ветвей в процентах по общепринятым градациям. Учитывают
валеж и бурелом, в местах рубок отмечают наличие и объем заготовленной древесины,
время ее заготовки, а также наличие на ней поселений стволовых вредителей, назначают
оздоровительные мероприятия.
Численность хвоегрызущих вредителей определяют по модельным деревьям (не ме-
нее трех в каждом пункте учета) методом околота на полог из полотна. Каждое десятое
дерево после околота валят на полог для учета оставшихся в кроне гусениц, коконов, яиц.
Осенний учет вредителя проводят на модельных деревьях околотом или в лесной под-
стилке после ухода гусениц на зимовку. Для осеннего учета подбирают наиболее заселен-
ные деревья. Все модели анализируют на наличие на них стволовых вредителей и гнилей.
Пробные площади (не менее трех на каждой высадке с модельными деревьями из всех
категорий состояния) закладывают с целью выявления причин ослабления (повреждения)
древостоев, уточнения данных лесопатологической таксации и тренировки глазомера. При
необходимости дальнейшего наблюдения за динамикой усыхания (повреждения) заклады-
вают сезонные или постоянные пробные площади (до 3-4 на 1 млн. га обследованной
площади). Все другие виды работ при десантно-маршрутном обследовании в случае необ-
ходимости выполняют так же, как и при наземных лесопатологических обследованиях.
После завершения полевых работ обобщают материалы о лесопатологическом со-
стоянии обследованных насаждений, составляют карту расположения очагов основных
вредителей и состояния насаждений. Лесопатологи подготавливают обзоры, а начальник
партии на их основе составляет доклад, в котором отражает вопросы состояния обследо-
ванных древостоев: наличие вредителей и болезней леса, численность вредителей и ожи-
даемые повреждения насаждений в очагах, прогноз развития очагов на следующий год,
рекомендуемые мероприятия по оздоровлению и ограничению численности вредителей и
болезней, анализ лесохозяйственной деятельности лесхоза с точки зрения лесозащиты.
13.4. Оценка порядка лесопользования
Рубки главного пользования в лесах в России ежегодно проводятся
на площади около одного миллиона га (в последней четверти прошлого
столетия - до двух млн. га). Преимущественно это сплошнолесосечные
рубки (85-90 %), которые существенно влияют на экологическое со-
стояние лесных экосистем в районах их проведения. Помимо рубок
главного пользования сплошнолесосечные способы применяются при
проведении сплошных санитарных рубок, относимых лесным законода-
тельством к прочим рубкам. Ежегодно сплошные санитарные рубки
проводятся на десятках тыс. га.
Лесное законодательство и ведомственные нормативные документы
определяют порядок лесопользования, исходя из необходимости береж-
321
ного отношения к лесным ресурсам и экологии. Однако лесозаготови-
тельные организации нередко, стремясь к получению максимальной
прибыли при минимальных затратах, нарушают порядок лесопользова-
ния и, в частности, правила рубок, определенные действующими норма-
тивными документами, чем наносится существенный ущерб ресурсному
потенциалу лесов и окружающей среде. В связи с этим на работников
лесного хозяйства возложена обязанность по обеспечению контроля за
порядком лесопользования и проведению освидетельствования всех без
исключения мест рубок после завершения рубки леса. Однако во мно-
гих случаях, особенно в таежных, удаленных от путей транспорта, рай-
онах, при наличии больших площадей вырубок, сильно захламленных и
заболоченных, лесная охрана физически не в состоянии выполнить ка-
чественно освидетельствование мест рубок. В связи с этим нередко оно
проводится формально, без осмотра всей территории вырубок, без при-
менения инструментальных методов. В результате нарушения правил
рубок занижаются порой на порядок и, соответственно, с лесозаготови-
телей не взыскиваются крупные суммы штрафов, что в свою очередь не
способствует улучшению работы лесозаготовителей.
Поэтому для контроля за порядком лесопользования нужны более
эффективные, объективные и независимые методы. Такими являются
методы, базирующиеся на применении данных дистанционного зонди-
рования, при которых основную часть наиболее трудоемких работ мо-
гут выполнять специализированные лесоустроительные подразделения.
Освидетельствование вырубок. В основу технологии освидетель-
ствования мест сплошнолесосечных рубок положено дешифрирование
аналитико-измерительное или автоматизированное (интерактивное)
крупномасштабных аэрофотоснимков. Предусматривается проведение аэ-
рофотосъемки с легкомоторного самолета (АН-2) или вертолета (Ми-2)
двумя АФА с различными фокусными расстояниями. По аэрофото-
снимкам первого АФА (например, ТЭ-55,/^ = 55 мм) масштаба 1:5500
(разрешение 0.5-1 м) устанавливают истинные контуры вырубок и
сравнивают их с данными отвода лесосек. По аэроснимкам второго
АФА (например, БАФ-210,/^ = 210 мм) масштаба 1:1400 (разрешение
10-15 см) на основе аналитико-измерительного или автоматизированно-
го дешифрирования определяют площади и запасы недорубов или пере-
рубов, объемы не вывезенной древесины; оценивается сохранность на-
почвенного покрова, количество и качество подроста, при необходимо-
сти подсчитывается на отдельных участках количество пней. Аэросъем-
ка может проводиться цифровой камерой высокого пространственного
разрешения (не хуже 10-15 см) и полосой обзора, превышающей шири-
322
ну вырубок. В этом случае при анализе изображения на экране компью-
тера оцениваются как контуры вырубок и завизирных рубок, так и на-
личие и размер всех основных нарушений порядка лесопользования.
Лесонарушения, которые невозможно определить по аэроснимкам
(нерациональная разделка древесины, высота пней более допустимых,
повреждение деревьев за пределами лесосеки, столбов, клейм и др.),
выявляются путем проведения выборочного наземного контроля лесной
охраной. Аэрофотосъемку вырубок проводят, как правило, весной по-
сле схода снежного покрова, но до начала развития травяного покрова и
облиствения древесной растительности.
Оценку состояния лесосек по снимкам М 1:1400 проводят на учет-
ных площадках размером 30x30 м, равномерно размещаемым в направ-
лении длинной стороны вырубки. В зависимости от ее ширины количе-
ство лент перечета принимается следующее: 100 м - 2 ленты, 250 м - 3,
500 м - 4. Две ленты намечаются по краям вырубки (при трех лентах и
более), а остальные - внутри, на равном расстоянии между лентами.
Общая площадь учетных площадок должна составлять 8-10 % от пло-
щади вырубки. Объем выборки должен обеспечивать 10 % точность
определения выявляемых нарушений.
На аэрофотоснимках в пределах учетных площадок под стереоско-
пом при 3-5-кратном увеличении подсчитывают оставленную древеси-
ну, подразделяя ее по категориям: хлысты, бревна, откомлевки, вер-
шинки. Перед началом дешифровочных работ с исполнителями ежегод-
но проводят тренировку продолжительностью до трех дней на двух-трех
типичных для района работ вырубках. Контроль за точностью работ
проводится наземным способом на 3-5 % площади вырубок, обследо-
ванных на основе дешифрирования аэроснимков.
Метод экономичен и эффективен. Он обеспечивает повышение ка-
чества работ по освидетельствованию мест рубок, при минимальных
трудовых затратах. В таежных районах страны он является единствен-
ным, способным обеспечить достаточную точность и объективность
контроля за лесозаготовительными работами, учитывая труднодоступ-
ность и трудоемкость наземного контроля. Аэрофотосъемка может быть
заменена видеосъемкой.
Контроль порядка лесопользования по космическим снимкам.
Метод разработан в 80-х гг. прошлого столетия с целью выявления и
картографирования мест проведения сплошнолесосечных рубок (выру-
бок) и оценки соответствия их параметров принятым нормативам.
При проведении рубок главного пользования необходимо соблюдать
нормативы, регламентирующие порядок рубок, что должно способство-
323
вать рациональному освоению лесоэксплуатационного фонда и сохра-
нению и усилению водоохранных и других защитных функций лесов.
Нормативами определяются размеры и количество лесосек в квартале
(число зарубов), сроки и способы их примыкания друг к другу, ориен-
тированность длинной стороны лесосек по отношению к меридиану
Ю-С в равнинных лесах или по отношению к горизонталям - в горных
лесах, направление рубки, т.е. направление поступательного движения
освоения лесных массивов, характер размещения семенных куртин и
полос, обеспечивающих успешность семенного лесовосстановления
после рубки, допустимую степень минерализации почв на вырубках от
воздействия лесозаготовительной техники.
Метод контроля за порядком лесопользования по космическим
снимкам предусматривает:
- выявление возникших за анализируемый период (от 1 года и более)
вырубок;
- площадь, длина, ширина и направление вырубок, сроки и способы
примыкания, число зарубов в квартале и соответствие этих параметров
нормативным, принятым для контролируемого региона, группы лесов,
рельефа, породного состава насаждений и т.п.;
- определение границ новых выделов, возникших в результате руб-
ки;
- оценка соответствия контуров вырубок контурам отвода лесосек,
выделение недорубов, перерубов (завизирной рубки), мест несанкцио-
нированной рубки, отклонений от нормативов по размещению, разме-
рам, направлению, срокам примыкания лесосек и направлению рубки и
т.д.;
- актуализация на основе полученных границ вырубок лесоустрои-
тельной и таксационной информации.
Решение данной задачи актуально прежде всего для многолесных
районов таежной зоны России с интенсивным характером лесопользо-
вания (Европейско-Уральская часть, Центральные и южные районы За-
падной и Восточной Сибири и Дальнего Востока, прилегающие к
Транссибирской и Байкало-Амурской железнодорожным магистралям -
рис.13.5).
Технологическое решение данной задачи основывается на совмест-
ной обработке средствами ГИС космической разновременной информа-
ции высокого разрешения и материалов наземной инвентаризации про-
шлого лесоустройства.
324
Космические снимки являются основным источником получения
информации о проведенных сплошнолесосечных рубках, наряду с пла-
ново-картографическими материалами лесоустройства, данными отвода
лесосек и т.п.
Рис. 13.5. Места промышленных лесозаготовок в Забайкалье.
Зональное изображение МК-4 (0,6-0,7 мкм)
Чтобы обеспечить требуемую точность картографирования вырубок
для территорий с третьим разрядом лесоустройства, пространственное
разрешение материалов дистанционных съемок должно быть не хуже 10
метров (лучше 1-5 м). Желательно применение спектрозональных или
многоспектральных космических изображений, получаемых в видимой
и ближней ИК зонах спектра (рис. 13.6).
Космические снимки (рис. 13.6 - 13.7) позволяют получить основной
объем информации о порядке лесопользования: местах размещения
сплошных рубок, их площади, параметрах вырубок, числе зарубов в
квартале, направлении лесосек и направлении рубки, недорубах, зави-
зирной рубке, некоторых нарушениях технологии рубок (размещение
волоков, сохранение подроста и др.).
При необходимости более детальной оценки мест рубок с определе-
нием массы невывезенной древесины, качества очистки лесосек, со-
хранности напочвенного покрова и др. показателей производится круп-
номасштабная аэрофото- или телевизионная съемка либо натурные об-
следования.
325
Рис. 13.6. Изображение сплошных вырубок на космическом спектрозональном
снимке КФА-1000
Рис. 13.7. Фрагменты космических снимков с изображением одной и той же территории,
полученных за период с 1960 по 1997 гг. различными съемочными системами
326
Периодическое проведение дистанционного контроля лесопользова-
ния обеспечивает:
- своевременное обнаружение и регистрация нарушений правил ру-
бок лесозаготовителями для применения к ним санкций в соответствии
с Правилами отпуска леса на корню;
- упорядочение лесопользования;
- своевременную актуализацию учета лесного фонда и обновление
материалов лесоустройства при непрерывном лесоустройстве;
- снижение затрат на проведение последующей лесоинвентаризации.
13.5. Оценка состояния лесовозобновления
Оценку успешности лесовосстановлений на вырубках, гарях и
других не покрытых лесом землях по аэрофотоснимкам проводят
при проведении лесоустроительных работ, а также при специальных
обследованиях. В интенсивной зоне ведения лесного хозяйства при на-
личии небольших площадей вырубок и других не покрытых лесом зе-
мель и достаточно развитой дорожной сети наиболее целесообразным
способом оценки состояния лесовосстановления на них является назем-
ный на основе глазомерной оценки лесоводственного состояния обсле-
дуемой площади и имеющихся подроста, возобновления, обсемените-
лей, подкрепляемой при необходимости данными перечетов на выбо-
рочных площадках, равномерно размещаемых по обследуемой площади.
В таежной же зоне страны, при отсутствии транспортных путей и нали-
чии больших площадей вырубок или гарей, обычно сильно захламлен-
ных и трудно проходимых, обследование лесовосстановления на них
наземным способом - задача исключительно трудоемкая. Поэтому для
этих целей могут использоваться материалы аэрофотосъемки, а также
космической съемки в сочетании с некоторым объемом наземных работ.
Цветные спектрозональные аэрофотоснимки с разрешением на ме-
стности 1 м и лучше (1:10000 - 1:15000 и крупнее) позволяют при поле-
вом и камеральном дешифрировании довольно подробно охарактеризо-
вать состояние обследуемой площади: подразделить территорию по ус-
ловиям местопроизрастания (группам типов леса); выявить наличие
подроста, последующего возобновления, семенников или семенных
куртин и их размещение по территории; оценить степень захламленно-
сти территории и минерализации или задернения почвы, в том числе на
волоках, подготовку почву под лесные культуры бороздами, полосами
или крупными площадками, а также сами лесные культуры при дости-
жении ими высоты более 1 м.
327
Основными дешифровочными признаками являются цвет, форма,
размещение, структура и текстура изображения. Группы типов леса и
типов вырубок дешифрируются по приуроченности к элементам релье-
фа и цвету изображения. Так, свежие вырубки в сухих борах изобра-
жаются сине-зеленым цветом, а разнотравные - желто-оранжевым. По
мере зарастания вырубок травяной растительностью увеличиваются
площади с желтым цветом изображения, что может быть косвенным
признаком давности вырубки или гари. Цвет трелевочных волоков и
лесовозных дорог на свежих вырубках голубовато-синий, по мере за-
растания становится желтовато-оранжевым, близким к цвету прилегаю-
щих площадей.
Различимость состояния лесовозобновления зависит от его возраста,
характера размещения, высоты и количества, наличия травяного покро-
ва, его густоты и высоты и времени проведения аэрофотосъемки, раз-
решающей способности и фотографического качества аэрофотосним-
ков. С увеличением масштаба снимков (улучшением их разрешающей
способности) повышается степень детализации, полнота и точность де-
шифрирования. На аэрофотоснимках масштаба 1:5000-1:8000 террито-
рию вырубок и гарей можно разделить на участки с разной степенью
возобновления при достижении им высоты 1-1,5 м. По цвету изображе-
ния на снимках при данной высоте различают хвойные (зеленый цвет) и
лиственные (оранжевый цвет) древесные породы. Осину от березы
можно отличить по куртинному расположению ее поросли.
По снимкам можно также оценить степень густоты лесовозобновле-
ния в разных местах вырубки или гари, влияние на него стен леса, се-
менников и недорубов. Однако по летним снимкам нельзя с достаточ-
ной достоверностью определить состав смешанных, особенно высоко-
полнотных молодняков и тем более возобновления, потому что хвойные
древесные породы, особенно ель, имеют, как правило, меньшую высоту
и в значительной части находятся под лиственными породами.
Достоверность дешифрирования хвойного возобновления может
быть повышена при съемках на черно-белые пленки, выполненных в
весенний период при сохранившемся снежном покрове, особенно при
аэрофотосъемке при сплошной облачности, при которой можно полу-
чить «бестеневые» снимки. На таких снимках при масштабе порядка
1:2000 хвойный молодняк хорошо выделяется на фоне снега за счет раз-
ности контрастов. Видны также оставленная древесина, недорубы, се-
менники и семенные куртины и их породный состав. Хвойный подрост
просматривается также под пологом необлиственных лиственных наса-
ждений всех возрастов.
328
Аэрофотоснимки можно использовать для составления проекта лесокультурных ме-
роприятий, оценки качества проведенных работ по подготовке почвы под лесные культу-
ры и обследования лесных культур. По снимкам может быть оценена пригодность каждой
конкретной вырубки или гари для механической подготовки почвы под лесные культуры с
учетом ее транспортной доступности, степени захламленности, рельефа и гидрологиче-
ских особенностей, а также намечено наиболее рациональное размещение плужных бо-
розд по территории и разработаны предложения по наиболее рациональному использова-
нию техники на выполнении различных циклов лесокультурных работ.
На аэрофотоснимках масштаба 1:10000-1:15000 (разрешение около 1 м) свежие бо-
розды, полосы, площадки, подготовленные вспашкой и боронованием для посадки и посе-
ва леса, хорошо видны и отличаются от окружающего фона по форме и цвету (тону). Они
изображаются в виде полос, линий, пятен синевато-зеленого или синего цвета на спектро-
зональных и белого - на черно-белых аэрофотоснимках. По снимкам можно определить
протяженность, ширину и число борозд на всей площади вырубки (гари) или в расчете на
1 га.
Лесные культуры дешифрируют по резко очерченным на снимках границам,-наличию
плужных борозд или площадок, а в сомкнувшихся культурах - рядов (полос) молодых
деревьев зеленоватого цвета (для хвойных пород) на желтом фоне окружающего травяно-
го покрова. На аэрофотоснимках дешифрируются и некоторые изменения на площади
лесных культур: изреживание в рядах, появление прогалинок в связи с гибелью лесных
культур и пр. По изменению цвета возможна оценка санитарного состояния культур. Ис-
ходя из состояния лесных культур и лесовозобновления можно определить необходимость
в сохранении или уборке семенников и семенных куртин и наметить наиболее рациональ-
ные способы их уборки с наименьшим повреждением культур и ценных пород естествен-
ного возобновления.
Обследование вырубок и гарей и оценку состояния лесовозобновления на них можно
проводить и аэровизуальными методами с вертолетов или легкомоторных самолетов при
полете на высоте около 200 м. В процессе обследования вырубок характеризуется состоя-
ние вырубки (степень освоенности лесосеки, наличие и размеры недорубов, невывезенной
древесины, захламленности, нарушенность почвенного покрова, количество и качество
семенников и пр.), характер и состояние сохраненного подроста и последующего естест-
венного и искусственного лесовозобновления. При обследовании гарей характеризуют
сухостой, сохранившиеся в пределах гари участки сырорастущего леса, валеж, подрост и
последующее лесовозобновление. При описании подроста, лесовозобновления и лесных
культур по различию в цвете хвои и листьев определяют их состав, размеры, густоту,
размещение по площади. Качество аэровизуального обследования вырубок и гарей суще-
ственно повышается при использовании в качестве абриса аэро- или космических снимков
высокого разрешения, которые позволяют по цвету и комплексу других прямых и косвен-
ных признаков характеризовать пространственное размещение и параметры лесовозоб-
новления, семенников, недорубов, невывезенной древесины. Перспективным является
применение при аэровизуальных обследованиях крупномасштабной телевизионной съем-
ки с помощью ручных камер, материалы которой позволяют получить данные о простран-
ственных и количественных характеристиках всех основных элементов, являющихся объ-
ектами обследования.
Комплексное использование материалов космических и аэро-
съемок для оценки состояния лесовосстановления на вырубках и
гарях таежной зоны. Решение этой задачи включает:
- выявление и картографирование не покрытых лесом земель (вы-
рубки, гари);
329
- определение наличия лесовозобновления хвойных или лиственных
пород и оценка его степени сомкнутости;
- формирование базы таксационных и картографических данных и
проектных материалов.
Объектами обследования являются лесохозяйственные предприятия
многолесных районов страны (районы промышленных лесозаготовок,
неохраняемая зона лесов), в которых лесовосстановление происходит
преимущественно естественным путем, устарели материалы лесоинвен-
таризации и накоплены большие площади вырубок и гарей.
При решении рассматриваемой задачи определяются:
- участки гарей и места сплошных рубок, отсутствующие в базе дан-
ных;
- классификация гарей и вырубок по классам: а) невозобновившиеся
вырубки и гари; б) возобновившиеся вырубки и гари с подразделением
на три группы - с лиственным возобновлением, с хвойным возобновле-
нием и смешанным по составу возобновлением;
- площадь вырубок и гарей, а также их частей с разной степенью ле-
совозобновления.
Космические съемки для решения данной задачи должны выпол-
няться в летний период с разрешением на местности 1-2 м (7 - 10) м в
зонах спектра - 0,8-0,9; 0,6-0,7; 0,5-0,6 мкм и обеспечивать точность
классификации вырубок и гарей с вероятностью не менее 0,8 (рис. 13.8).
Рис. 13.8. Изображение на космических снимках КФА-1000 вырубок: невозобновившихся,
заросших мест рубок лиственными и хвойными породами
330
При необходимости дополнительно применяют выборочные спек-
трозональные крупномасштабные аэрофотоснимки (с разрешением 0,2-
0,5 м) или видеосъемку, по которым получают детальные количествен-
ные данные о составе и состоянии среднего и крупного подроста.
13.6. Оценка состояния полезащитных лесных насаждений
В 80-х гг. прошлого столетия был разработан метод оценки состоя-
ния полезащитных лесных насаждений на основе дешифрирования кос-
мических снимков, предусматривающий определение их местоположе-
ния и состояния.
Полезащитные лесные насаждения - полосы на землях сельскохо-
зяйственных предприятий создавались в соответствии с нормативными
положениями, изложенными в инструктивных указаниях по их прое-
ктированию и выращиванию. Линейная, сильно вытянутая форма лесных
полос наиболее важный дешифровочный признак, позволяющий орга-
низовать их агролесомелиоративную оценку (рис. 13.9).
Рис. 13.9. Вид полезащитных лесных полос: основной (на переднем плане)
и вспомогательной
Метод предусматривает выявление и картографирование в масшта-
бах 1:25000-1:100000 защитных насаждений и оценку их следующих
параметров и характеристик:
- длины, ширины, конструкции полезащитных лесных полос;
331
- расположения полезащитных лесных полос относительно форм
рельефа;
- отклонения основных полос от направлений, перпендикулярных
наиболее вредоносным ветрам, а также наличие острых или прямых
углов в полосах;
- расстояния между основными полезащитными полосами;
- расстояния между вспомогательными полосами;
- наличия разрывов в полосах и их размеры;
- преобладающих древесных пород;
- наличия или отсутствия законченной системы лесных полос в гра-
ницах хозяйств и районов (рис. 13.10).
Рис. 13.10. Схема дешифрирования (вверху) полосных лесных насаждений и оценка
защищенности различных объектов лесоаграрного ландшафта (внизу) полосными
лесонасаждениями
332
При этом определяются:
- площади выделов, значения которых колеблются от 3 до 35 га, при
минимальной площади в 0,5 га для лесных и 0,1 га нелесных земель;
- минимальные размеры участков сомкнувшихся лесных полос 15100 м
с вероятностью 0,85 - 0,95;
- разделение защитных насаждений по преобладанию хвойных или
лиственных пород с достоверностью не хуже 90 %.
Предусматривается использование спектрозональных или зональных
космических снимков в диапазонах спектра - 0,5-0,6; 0,6-0,7 и 0,8-0,9 мкм с
разрешением на местности не хуже 7-10 м.
Для целей инвентаризации и картографирования защитных лесных
насаждений могут быть использованы также снимки более. низкого
пространственного разрешения (20-40 м), получаемые с ИСЗ типа
«Ресурс-О» (МСУ-Э), Landsat-7, SPOT и др., в том числе в зимнее время.
На зимних снимках контрастно на фоне снега отображается система всех
защитных насаждений и отображается их роль в распределении на полях
снежного покрова (рис. 13.11).
Рис. 13.11. Фрагмент зимнего сканерного снимка МСУ-Э с изображением защитных
лесных полос (февраль, 1992 г.)
Космические снимки являются уникальным техническим средством
для оценки эффективности взаимного влияния агролесомелиоративных
насаждений и понимания мелиоративной значимости полезащитных
систем в целом или отдельных ее частей, а также для оценки
законченности систем защитных насаждений внутри природно-
территориальных комплексов.
333
13.7. Выявление и учет текущих изменений в лесном фонде
Для своевременного выявления пространственных изменений в лес-
ном фонде многолесных районов страны, вызванных хозяйственной
деятельностью и стихийными бедствиями, их оценки и актуализации
лесоучетных материалов разработаны и апробированы методы, осно-
ванные на дешифрировании материалов космических съемок.
В ходе обследования регистрируются пространственные изменения,
вызванные сплошнолесосечными рубками, лесными пожарами, горны-
ми разработками, развитием инфраструктур нефтяной и газовой про-
мышленности, строительством дорог, линий электропередачи, гидро-
технических и других сооружений и т.п., а также участки ветровалов
(буреломов).
Решение этой задачи включает:
- выявление изменений, определение их вида, картографирование и
определение величины количественных и качественных изменений в
лесном фонде;
- корректирование статистических данных инвентаризации лесов и
учета лесного фонда;
- разработка рекомендаций по сокращению величины нанесенного
лесному хозяйству ущерба.
Предусматривается совместное использование космической инфор-
мации и материалов наземной инвентаризации или использование раз-
новременной космической информации, полученной до и после возник-
новения изменений в составе лесного фонда, либо сочетание дешифри-
рования космических снимков и аэровизуальных наблюдений.
Космические съемки должны выполняться в оперативном режиме в
летний период с разрешением на местности не хуже 10 - 20 м в зонах
спектра - 0,8-0,9; 0,6-0,7; 0,5-0,6 мкм и обеспечивать точность дешиф-
рирования с вероятностью не менее 0,8 (рис. 13.12).
Регистрации подлежат все текущие изменения в лесном фонде, про-
исшедшие в период с момента предыдущего учета или лесоинвентари-
зации, площадью от 5 гектаров и более. Вид и характер текущих измене-
ний, а также другие характеристики определяют при аналитическом, ин-
терактивном или автоматизированном дешифрировании в среде ГИС ма-
териалов космических съемок на основе системы признаков дешифриро-
вания с использованием имеющихся лесоустроительных баз данных.
Для гарей определяются:
- местонахождение, контуры и выгоревшая площадь;
- вид пожара (верховой, низовой, подземный);
334
- соотношение покрытых и не покрытых лесом земель внутри гарей,
бывшее до пожара;
- преобладающие древесные породы насаждений, пострадавшие от
огня, и объем сгоревшей (погибшей) древесины.
Рис. 13.12. Фрагмент космического снимка КФА-1 000 с изображением свежей гари
К гарям относятся все покрытые лесом земли, пройденные верховы-
ми пожарами. В случае повреждения древостоев низовыми пожарами к
гарям относятся древостои, суммарный отпад в которых превышает 60 %.
Для лесов, пострадавших от ураганных ветров (рис. 13.13), опреде-
ляются:
- вид ветровала (сплошной, частичный);
- площадь ветровальных (буреломных) участков;
- процент вывала деревьев;
- древесная порода и группа возраста пострадавших насаждений,
а также товарность, запас растущей и поваленной древесины (из баз
данных).
При частичном ветровале выделяются четыре группы повреждения
насаждений: слабая степень повреждения - до 30 %, средняя степень -
до 50 %, сильная степень повреждения - 50-70 %, сплошной ветровал -
при вывале деревьев более чем на 70 % площади насаждения.
335
Рис. 13.13. Аэрофотоснимок ветровального (буреломного - В) леса
Регулярное выявление и учет текущих изменений в охраняемой зоне
лесов обеспечивает:
- актуализацию данных государственного учета лесов на основе об-
новления баз данных и лесных карт и материалов лесоинвентаризации в
межревизионный период между проведением повторной инвентариза-
ции лесов;
- увеличение в 1,3 - 1,5 раза продолжительности ревизионного пе-
риода лесоинвентаризации и снижение тем самым затрат на проведение
повторных лесоустроительных работ;
- совершенствование системы охраны, в том числе авиапатрулиро-
вания лесов;
- своевременное проведение необходимых лесохозяйственных меро-
приятий по разработке гарей и ветровалов и предупреждение развития в
горельниках и ветровальниках лесопатологических очагов;
- своевременное принятие мер по предотвращению негативного
влияния на состояние лесов последствий проведения горных разрабо-
ток, строительства и других видов хозяйственного воздействия;
- накопление интегральной информации о последствиях крупных
лесных пожаров в неохраняемой зоне лесов.
13.8. Применение аэрокосмических методов в гидролесомелиорации
В лесном фонде России широко представлены болота и заболочен-
ные лесные земли. В целях повышения лесистости и продуктивности
земель лесного фонда, а также улучшения товарной структуры древеси-
336
ны проводят осушение болот и заболоченных лесов. Общая площадь
осушенных земель лесного фонда достигает 5 млн. га.
Работы по осушению выполняют в соответствии с проектно-
технической документацией, для разработки которой сначала проводят
общее лесомелиоративное обследование подлежащей осушению терри-
тории, а затем детальные изыскания. После завершения работ по про-
кладке осушительной сети и приема ее в эксплуатацию проводят меро-
приятия по поддержанию осушительной системы в рабочем состоянии.
Применение материалов аэрокосмических съемок совместно с мате-
риалами лесоустройства, топографическими картами и другими мате-
риалами эффективно на всех стадиях выполнения работ по проектиро-
ванию осушительной сети, переносу ее в натуру, а также при контроле
за состоянием объектов гидролесомелиорации в процессе их эксплуата-
ции. Для выполнения этих работ возможно использование цветных
спектрозональных (многоспектральных - видимая и ближняя инфра-
красная зоны спектра) космических снимков с разрешением на местно-
сти не хуже 10 м- для получения обобщенных данных об обследуемой
территории и гидролесомелиоративном фонде (ГЛМФ), а также мате-
риалы аэрофотосъемок с разрешением около 1м - для более детальной
характеристики о предполагаемых объектах осушения. Объекты ГЛМФ
(покрытые и не покрытые лесом и нелесные земли) дешифрируются по
комплексу прямых и косвенных признаков: цвету (тону), форме, разме-
рам, размещению, рисунку изображения, ландшафтным особенностям
территории и др.
Обследования с целью выявления гидролесомелиоративного
фонда (ГЛМФ). Проводится с целью выявления ГЛМФ, определения
целесообразности, технических возможностей и очередности его осу-
шения, ориентировочных объемов и стоимости мелиоративных работ.
На основе материалов лесоустройства, уточняемых и дополняемых
данными, полученными при дешифрировании КС и АФС, материалов
выборочных натурных обследований, топографических, почвенных,
ландшафтных, геологических карт составляют: карту - схему лесоосу-
шительных мероприятий масштаба 1:100000, карту-схему первой оче-
реди строительства - 1:25000, ведомости-характеристики выделов
ГЛМФ, планы (выкопировки) водосборных площадей по объектам ле-
сомелиоративного освоения в масштабах 1:25000, 1:50 000, 1:100000, а
также схему общих гидролесомелиоративных обследований в масштабе
1:100000 по областям (республикам) в целом, по отдельным лесхозам
или группе лесхозов, образующих единый гидрологический район.
337
Материалы обследования используют органы лесного хозяйства и
проектные организации при планировании, проектировании и проведе-
нии лесоосушительных работ.
Детальные изыскания. Проводят с целью составления проекта осушения. Для их прове-
дения необходимо иметь планы размещения мелиоративного фонда, гидрографической сети,
местности в горизонталях (топографический план), оторфования, почвенную карту и др. Для
получения перечисленных материалов проводят лесоводственно-мелиоративные, гидрографи-
ческие, почвенно-грунтовые, топографические, гидрологические и гидротехнические изыска-
ния. При изысканиях наряду с материалами обследованиям ГЛМФ, данными лесоустройства и
другой информацией используют и аэрокосмические снимки.
Лесоводственно-мелиоративные изыскания выполняют для выявления и уточнения
ГЛМФ - болот, заболоченных и избыточно увлажненных земель, требующих осушения.
По материалам лесоустройства, данным дешифрирования аэрофотоснимков, топографи-
ческим картам и другим материалам выделяют болота и определяют их типы (верховое,
низинное, переходное), оконтуривают мелиоративные выделы в пределах лесных земель и
устанавливают для них группы типов леса и таксационные показатели древостоев.
Изображения на аэрофотоснимках низкопроизводительных насаждений имеют неко-
торые отличия по сравнению с насаждениями, произрастающими на суходолах. Им при-
сущи меньшая пестрота рисунка полога (вследствие однородного состава и равномерного
распределения деревьев по площади), более разомкнутый древесный полог (благодаря
чему лучше просматривается земная поверхность), редкие подрост и подлесок (или их
отсутствие), более ровный полог (как результат слабой дифференциации деревьев по вы-
соте), слабовыраженная контрастность в изображении освещенных и затененных частей
крон (обусловленная изреженностью крон), меньшие размеры проекций крон (вследствие
менее благоприятных условий роста). Избыточно увлажненные площади приурочены в
основном к пониженным и малоуклонным элементам рельефа - слабопроточным запади-
нам и котловинам, межгрядовым понижениям, пологим склонам и террасам; исключение
составляют верховые болота в водоразделах.
Мелиоративные выделы дешифрируют по типам леса или группам типов леса. Опре-
деляющим признаком для дешифрирования типов леса является приуроченность иссле-
дуемого участка к конкретным элементам рельефа. Сфагновая группа типов леса распола-
гается в слабопроточных котловинах и западинах, а также на ровных водоразделах - на
площадях с очень слабым уклоном; черничниковая - на склонах холмов и гряд; приручей-
никовая - в пониженных элементах рельефа с проточным увлажнением. По этим данным
можно правильно определить необходимую интенсивность (норму) осушения той или
иной площади.
Гидрографическую сеть дешифрируют одновременно с дешифрированием ГЛМФ в
определенной последовательности: выявляют плановое положение, размеры и состояние
крупных рек и речек, которые могут быть использованы в качестве водоприемников, за-
тем - ручьев, предназначенных под магистральные каналы, и мелкой гидрографической
сети - временно действующих первичных водотоков, используемых под собиратели или в
качестве осушителей.
Плановое положение рек и речек (водоприемников) дешифрируют по темному фону
на черно-белых и темно-зеленому цвету на спектрозональных аэрофотоснимках. Заболо-
ченность поймы определяют по тону изображения (более темный указывает на значитель-
ную обводненность поймы реки). На основе дешифрирования можно приближенно харак-
теризовать глубину рек и озер, намечаемых к использованию в качестве водоприемников.
Тон изображения тем светлее, чем меньше глубина воды в реке. При светлом дне глубина
реки (песок, галька) просматривается на аэрофотоснимках до 2 м. Степень зарастания
берегов реки и поймы травянистой и кустарниковой растительностью, скопление древе-
338
сины, хлама, а также завалы русл рек упавшими деревьями дешифрируются хорошо. В
таких местах, как правило, наблюдаются застой воды, подтопление и заболачивание пой-
мы, что обычно находит отражение на аэрофотоснимках и дешифрируется по более тем-
ному тону; можно даже установить объем завалов.
Если дно реки песчаное - тон светлый, глинистое и илистое - тон темно-серый (дно не
просматривается), наносы - тон серый. Высоту берегов русла реки можно определить
сравнением ее с высотой кустарников, деревьев, построек и пр., крутизну - по наличию
тени, степени покрытия берегов растительностью, характеру рисунка поверхности откоса
и ширине видимой его части. На основании измерений с помощью приборов или по шка-
лам крутизны опытный дешифровщик может охарактеризовать берега цифровыми дан-
ными.
Плановое положение лесных речек и ручьев дешифрируется прерывистыми линиями,
так как их русла часто закрыты древесной растительностью и лишь на отдельных участках
просматриваются в виде узкой тонкой темной полоски. Состояние таких речек, размеры
русла и поймы по аэрофотоснимкам устанавливают лишь приближенно.
Временно действующие первичные водотоки по степени проточности, заболоченно-
сти почвы и видовому составу растительности подразделяются на проточные,-полу- и
слабопроточные. Проточные водотоки характеризуются относительно свободным движе-
нием воды к водоприемникам и начальной степенью заболачивания. По ним обычно про-
израстают древостои ольхи черной с примесью ели и березы. На аэрофотоснимках они
имеют вид узких полос. Местоположение этих водотоков - низовья гидрографической
сети; они непосредственно впадают в реки и ручьи.
Полупроточные водотоки представляют собой комплекс полупроточных мочажин,
расположенных по всей ширине понижений мезорельефа. Древостои здесь представлены
елью и березой, в примеси встречаются сосна и редко ольха черная. На аэрофотоснимках
такие водотоки изображаются в виде широких полос с плавными изгибами. Сомкнутость
крон слабая, форма и размеры их по сравнению с кронами соседних суходольных древо-
стоев того же возраста более однообразны и мелки, а стереоскопическая высота древостоя
значительно ниже.
Слабопроточные водотоки обычно представлены осоково-сфагновыми болотами, вы-
тянутыми по западинам мезорельефа. Вода здесь фильтруется через мощный осоково-
сфагновый очес и торф. Древесная растительность на них - сосна и береза. Кроны, как
правило, не сомкнуты, однообразны по размерам и форме. Стереоскопическая высота
древостоев по этим водотокам на 25-30 % меньше высоты соседних древостоев того же
возраста. Цвет (тон) изображения водотоков на фотоснимках определяется характером
растительного покрова.
На основе дешифрирования аэрофотоснимков по каждому объекту мелиорации со-
ставляют план гидрографической сети.
Дешифрирование почвогрунтов в практике лесоосушительной мелиорации необхо-
димо для правильного проектирования продольных и поперечных профилей каналов,
оценки условий проходимости мелиоративной техники и проектирования лесных дорог.
Почвенно-грунтовые условия (типы почв и глубина торфа) устанавливают по материалам
лесоустройства, геоморфологическим и почвенным картам, дешифрированием аэрофото-
снимков и непосредственным шурфованием.
На участках, покрытых древостоями, почвогрунты непосредственно на аэрофото-
снимках не изображаются, поэтому их дешифрируют по косвенным признакам, основан-
ным на взаимосвязях всех компонентов ландшафта. Дешифрирование сводится к установ-
лению и оконтуриванию границ площадей с различными типами леса и почвогрунтов на
основе взаимосвязи с формами рельефа и произрастающих на тех или иных почвах древо-
стоев. На основании полученных данных составляют схематическую почвенную карту,
которую затем используют для предварительного проектирования осушительной сети.
339
Топографические изыскания - одна из наиболее важных и трудоемких операций в
гидролесомелиоративном проектировании. Детальность изучения рельефа осушаемой
территории зависит от способа осушения. Лесные земли осушают сетью открытых само-
течных каналов. Чтобы правильно спроектировать такую осушительную сеть, требуется
план в горизонталях с сечением рельефа через 1-2 м на избыточно увлажненных площадях
и через 2-5 м на суходолах. Этим требованием и определяется разный подход к получе-
нию данных о рельефе для тех и других площадей.
Для предварительного проектирования осушительной сети план в горизонталях со-
ставляют одним из принятых в аэрофотогеодезии способов: глазомерно-
стереоскопическим с предварительным высотным обоснованием аэрофотоснимков по
топографическим картам, комбинированным, упрощенно-комбинированным и стереофо-
тограмметрическим с предварительным высотным обоснованием аэрофотоснимков, с
прокладкой в натуре нивелирных ходов.
Глазомерно-стереоскопический способ применяют при наличии топографических
карт масштаба 1:25000 и крупнее. Он заключается в том, что на аэрофотоснимки с отде-
шифрированным мелиоративным фондом и гидрографической сетью с топокарт перено-
сят высотные отметки всех характерных точек (на водоразделах, тальвегах и др.) и гори-
зонтали поверхности. Затем под стереоскопом выполняют более подробную рисовку рель-
ефа: детализируют положения снятых с топокарт горизонталей и проводят дополнитель-
ные горизонтали с учетом отдешифрированных ранее основных форм рельефа, мелиора-
тивного фонда и гидрографии. В дополнение к уточненным горизонталям проводят до-
полнительные горизонтали через 2 м и полугоризонтали через 1 м.
При комбинированном способе съемки рельефа и составлении плана в горизонталях
для рисовки рельефа необходимо набрать в натуре 20-25 высотных точек на стереопару.
Точки набирают методами геодезических измерений. Использование стереомодели в до-
полнение к высотным точкам существенно облегчает и повышает точность изображения
рельефа горизонталями. Комбинированный способ применяют в условиях выраженного
рельефа местности. Осуществляют высотное обоснование аэрофотоснимков прокладкой
разреженной сети нивелирных ходов через 1-2 км с опознаванием и наколкой на аэрофо-
тоснимках пикетных точек.
После натурных работ на аэрофотоснимках с отдешифрированным мелиоративным
фондом и гидрографической сетью выписывают отметки, на основе которых рисуют рель-
еф, как при глазомерно-стереоскопическом способе.
При упрощенно-комбинированном способе съемки рельефа и составлении плана в го-
ризонталях высотное обоснование аэрофотоснимков осуществляют созданием сети ниве-
лирных ходов, проложенных по визирам, квартальным просекам или водотокам на рас-
стоянии 0,5-1 км друг от друга. Этот простой и менее трудоемкий способ применяют в
условиях слабовыраженного рельефа.
Стереофотограмметрический способ рисовки рельефа с геодезическим ориентирова-
нием по 4-6 точкам и составления плана в горизонталях наиболее точен, но и наиболее
сложен. Его применяют только при наличии налаженного стереофотограмметрического
производства, преимущественно на крупных объектах (3-5 тыс. га) осушаемой плошади.
Способ основан на возможности определения превышения точек местности по разности
продольных параллаксов изображений этих точек на смежных аэрофотоснимках.
Применение того или иного способа для получения плана в горизонталях зависит от
сложности объекта осушения, наличия приборов и квалификации кадров. Во всех случаях
нивелирные и съемочные ходы прокладывают по мере возможности по первичным водо-
токам, пониженным местам мезорельефа, участкам мелиоративного фонда с таким расче-
том, чтобы использовать их в качестве трасс водоотводящей сети.
Затем составляют рабочий план, на который наносят просечную и визирную сети, до-
роги, мелиоративные выделы, гидрографическую сеть и др. На нем проектируют плановое
340
положение осушительных каналов по способу совмещения их трасс со съемочными хода-
ми. Ходовые линии съемок (плановой, высотной, лесоводственно-мелиоративной, поч-
венно-грунтовой и др.), прокладываемые обычно для обоснования проекта осушения,
максимально совмещают с трассами осушительных каналов; проектируют осушительную
сеть, а на ее основе - съемочные ходы. Результаты изысканий по линиям, совмещенным с
трассами каналов, могут быть использованы для обоснования проекта осушения в целом и
для получения детальных данных по каждому каналу. После составления совмещенного
проекта планового размещения осушительной сети и съемочных ходов приступают к
трассированию осушительной сети в натуре и полевым изысканиям по трассам каналов.
Контроль за состоянием лесоосушительной сети. Материалы аэ-
рокосмической съемки можно эффективно применять также для оценки
состояния имеющейся лесоосушительной сети. В лесном фонде бывше-
го СССР было осушено около 5,5 млн. га лесных земель, из которых
большая часть расположена в России. Существуют данные, которые
свидетельствуют о недостаточной фактической эффективности гидро-
лесомелиорации, особенно в районах Нечерноземной зоны, где она ока-
залась на 30-40 % ниже запланированной. Основной причиной этого
считается быстрый выход осушительной сети из строя из-за просчетов в
проектировании, нарушении проектов в ходе строительства и недоста-
точного ухода за сетью.
Основная цель контроля - выявление реальных площадей осушае-
мых земель, оценка соответствия фактической лесоосушительной сети
проектной и определение продуктивности осушаемых земель и насаж-
дений.
Работы проводятся на основе комплексного использования данных
обработки аэро- или космических снимков в сочетании с элементами
натурных наблюдении (рис. 13.14). Объектами оценки состояния и ус-
пешности функционирования лесоосушительных систем являются раз-
личные категории земель и насаждений, нуждающихся в регулировании
водного режима для повышения их производительности:
- заболоченные леса - постоянно или длительно переувлажненные
земли со слоем торфа менее 0,3 м и древесным ярусом III-V классов
бонитета;
- леса по болотам - постоянно избыточно увлажненные земли со
слоем торфа более 0,3 м с застойным или слабопроточным водным ре-
жимом почвогрунтов, специфической болотной растительностью и дре-
весным ярусом не выше Va класса бонитета;
- открытые болота - те же земли, без древесного полога, с зольно-
стью торфа в верхнем горизонте более 2,5% и слоем очеса менее 0,5 м;
- вырубки в заболоченных лесах и лесах по болотам;
341
- заболоченные сенокосы, прогалины с проточным или слабопро-
точным водным режимом почвогрунтов и покровом из влаголюбивых
трав;
- минерализованные переувлажненные земли в начальной стадии за-
болачивания болотно-глеевых типов почвообразования;
- выработанные торфяники земли, вышедшие из-под промышлен-
ной заготовки торфа, пригодные для лесовыращивания.
Рис. 13.14. Изображение осушительных канав
При решении этой задачи определяются основные показатели и па-
раметры лесоосушительных систем:
- пространственная приуроченность лесоосушительной сети, соот-
ветствие ее проекту;
- гидротехнические и природоохранные сооружения, водоприемни-
ки, дорожная сеть;
- площадь осушаемых земель;
342
- преобладающие группы пород, группы возраста и группы густоты
древостоев в насаждениях, типы лесорастительных условий и классы
бонитета (до осушения и на момент контроля).
Космические съемки для решения данных задач должны выполнять-
ся в летний период с разрешением на местности 1-5 м (7 - 10) м в зонах
спектра - 0,8-0,9; 0,6-0,7; 0,5-0,6 мкм и обеспечивать точность класси-
фикации перечисленных выше объектов с вероятностью 0,8 [7].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Использование аэроснимков при устройстве рекреационных лесов.
2. Особенности применения крупномасштабных аэроснимков при уст-
ройстве объектов садово-паркового хозяйства.
3. Дешифровочные признаки на аэро- и космических снимках насажде-
ний, поврежденных насекомыми-вредителями и другими неблагоприятными
воздействиями.
4. Сущность авиадесантного метода оценки санитарно-лесопатологического
состояния таежных лесов.
5. Методология оценки по материалам аэро- и космических съемок со-
стояния лесопользования.
6. Оценка по материалам аэро- и космических съемок состояния лесовос-
становления на вырубках и гарях таежной зоны.
7. Возможности использования материалов аэро- и космических съемок
при инвентаризации полезащитных насаждений.
8. Методология учета по материалам аэро- и космических съемок теку-
щих изменений в лесном фонде.
9. Пути использования материалов аэро- и космических съемок при гид-
ролесомелиоративных изысканиях.
343
ГЛАВА 14. АВИАЦИОННАЯ ОХРАНА ЛЕСОВ ОТ ПОЖАРОВ
14.1. Структура, цели и задачи авиационной охраны лесов
от пожаров
Охрана лесов от пожаров в России осуществляется как наземным
способом, так и с помощью авиации. На долю наземной охраны прихо-
дится около 27 % территории лесного фонда и лесов, не входящих в
лесной фонд (в том числе с авиапатрулированием - около 10 %), авиа-
ционной охраны - 47 % и 26 % территории лесного фонда от пожаров
активно не охраняется. При этом доля неохраняемой части лесного
фонда имеет тенденцию роста. В последнее время успешно развивается
способ обнаружения пожаров и контроля за их динамикой с помощью
искусственных спутников Земли, но полностью заменить авиацию, а
тем более наземные службы он не может.
В составе государственного органа лесного хозяйства России функ-
ционирует специализированная служба авиационной охраны лесов от
пожаров. Возглавляет ее Федеральное государственное учреждение
(ФГУ) Центральная база авиационной охраны лесов «Авиалесоохрана»,
расположенная в г. Пушкино Московской области. В ее состав на нача-
ло XXI столетия входило 23 региональные (территориальные) базы
авиационной охраны лесов - авиабазы, одно авиазвено на правах авиа-
базы и одно авиапредприятие. В состав авиабаз, в свою очередь, входят
авиазвенья, авиаотделения.
Непосредственное выполнение работ по авиационной охране лесов от пожаров про-
водится авиационными отделениями и авиационными группами. Несколько авиотделений
в пределах субъекта Федерации или административных районов могут объединяться в
авиазвенья. В наиболее опасных в пожарном отношении районах на период высокой го-
римости лесов могут создаваться оперативные авиаточки, как в пределах территорий,
обслуживаемых авиаотделениями, так и за их пределами - в составе авиаотделений или
подчиненных непосредственно авиазвеньям или авиабазам.
В составе авиаотделений при необходимости создаются также механизированные
отряды, промежуточные авиапожарные станции, дозаправочные пункты и пр. Для прове-
дения работ по тушению лесных пожаров в авиабазах создаются парашютные и десантно-
пожарные службы (ПДПС), в состав которых входят парашютно-пожарные и десантно -
пожарные команды и группы, укомплектованные соответственно парашютистами-
пожарными и десантниками - пожарными. Команды возглавляются старшими инструкто-
рами ПДПС. В крупных командах в помощь старшему инструктору могут назначаться
инструкторы.
В региональных авиабазах могут создаваться резервы работников ПДПС, летчиков-
наблюдателей, средств пожаротушения и полевого снаряжения для оказания помощи
другим авиабазам. Резервы сосредотачиваются в авиаотделениях, откуда возможна их
быстрая переброска в районы повышенной пожарной опасности. При необходимости
создаются также резервные авиазвенья и авиаотделения.
В системе «Авиалесоохраны» в 2000-2002 гг. действовало свыше 200 подразделений
(авиаотделений, авиагрупп и оперативных точек) и 9 механизированных отрядов - мо-
344
бильных специализированных подразделений для борьбы с лесными пожарами с приме-
нением технических средств тушения. Численность работников авиалесоохраны составля-
ла около 6,5 тыс. человек, в том числе летчиков-наблюдателей - около 400 человек, ра-
ботников парашютной и десантно-пожарной службы - 4 тыс. человек.
«Авиалесоохрана» для выполнения возложенных на нее работ по охране лесов от
пожаров арендует воздушные суда у авиапредприятий (в 2002 г. было арендовано 240
самолетов и вертолетов). Однако в составе ряда авиабаз имеются отряды лесной авиации,
укомплектованные собственной авиацией (в 2002 г. - 100 воздушных судов). Они созда-
ны, как правило, на базе бывших авиапредприятий гражданской авиации. Самолеты и
вертолеты в таких подразделениях в сезоны, свободные от работ на охране лесов от пожа-
ров, используют для выполнения транспортных операций на коммерческой основе.
Авиацию подразделения «Авиалесоохраны» применяют в целях:
а) патрулирования территории лесного фонда для обнаружения и опре-
деления местоположения очагов загораний и пожаров, установления их
типов и интенсивности, направления движения огня, картографирова-
ния выгоревшей площади; б) активной борьбы с пожарами непосредст-
венно с воздуха или доставкой пожарных команд и средств тушения к
месту пожара. Авиационные службы охраны лесов от пожаров исполь-
зуют оба этих направления, как правило, одновременно. Так, в 2002 г. с
применением авиации на охраняемой с ее применением территории в
734 млн. га обнаружено 8337 лесных пожаров (43,7 % от всех зарегист-
рированных) и потушено 6318 на площади 919,7 тыс. га.
Каждое авиаотделение (авиагруппа) обслуживает определенную
территорию лесного фонда (до 6 млн. га), укомплектовывается личным
составом парашютистов и десантников-пожарных, другими категория-
ми работников, полевым снаряжением, средствами пожаротушения,
связи, транспортом. За авиаотделением закрепляются воздушные суда.
Парашютисты и десантники - пожарные объединяются в группы по
5-6 человек, несколько групп объединяются в команды до 30 человек во
главе с инструктором команды. Группы выполняют все работы, связан-
ные с тушением лесных пожаров, обеспечиваются спецодеждой и ин-
вентарем и техническими и иными средствами пожаротушения и жиз-
необеспечения.
При тушении пожаров используют различные способы и средства:
взрывной, водный ранцевыми огнетушителями и мотопомпами, отжиг, с
применением бульдозеров, тракторов, автоцистерн, искусственным вы-
зыванием осадков. В последние годы начата отработка авиатанкерной
технологии тушения пожара с воздуха самолетами - танкерами (Ан-2П,
Ан-26П, Ан-32П) и самолетами - амфибиями (Бе-12 П, Бе-200, Бе-103).
Разработаны и внедряются новые водосливные устройства для вертоле-
тов Ми-8 типа ВСУ-5.
Диспетчерское управление. Работа авиаподразделений по охране лесов и борьбе с
лесными пожарами координируется диспетчерскими службами. Главная роль здесь отво-
345
дится пунктам диспетчерского управления авиазвеньев, региональных и Центральной
авиабаз и органов управления лесным хозяйством. Они осуществляют руководство всеми
операциями по борьбе с пожарами, контроль за работой воздушных судов, командуют
работающими на пожаре, собирают и обрабатывают информацию. При необходимости
они принимают решения по переброске материальных и людских ресурсов в районы чрез-
вычайных ситуаций. Вся информация представляется заинтересованным в тушении пожа-
ров организациям, органам самоуправления и региональным формированиям МЧС, Ми-
нистерству природных ресурсов, МЧС и Гидрометцентру России.
Противопожарная профилактика. В системе авиаохраны лесов от пожаров важное
место занимает противопожарная профилактика. Это, прежде всего, воспитательная и
разъяснительная работа среди населения, на предприятиях и организациях, расположен-
ных или работающих в лесу и на сопредельных с ним территориях, поскольку они явля-
ются основной причиной возникновения пожаров в лесу из-за несоблюдения правил по-
жарной безопасности. Формы ее различны: организация выставок на противопожарную
тематику, работа со школьниками, лекции, беседы, выступления по радио и телевидению,
издание массовыми тиражами художественно оформленной рекламы в виде календарей,
плакатов, листовок, установление в лесу аншлагов, выпуск кинофильмов и многое другое.
На работников авиаотделений возлагается контроль за соблюдением правил пожарной
безопасности в лесах, проведение профилактических выжиганий и других мероприятий по
снижению пожарной опасности в лесу.
Взаимодействие авиационной и наземной охраны лесов. Под-
разделения «Авиалесоохраны» совместно с территориальными органа-
ми управления лесным хозяйством разрабатывают мероприятия опера-
тивного взаимодействия с государственными органами власти для орга-
низации борьбы с лесными пожарами, в которых предусматривается:
- маневрирование силами и средствами пожаротушения и порядок
привлечения при необходимости дополнительных воздушных судов и
резервных парашютных и десантно-пожарных команд из других авиа-
баз, места их базирования, патрульные маршруты;
- обеспечение горюче-смазочными и другими материалами, средст-
вами транспорта и связи, средствами пожаротушения, продуктами пи-
тания и пр.
- взаимодействие с органами самоуправления и региональными
формированиями МЧС, Министерства природных ресурсов, организа-
циями Гидрометцентра и Министерства внутренних дел России.
14.2. Геоинформационное обеспечение охраны лесов от пожаров
Авиалесооохранные работы планируются и проводятся с учетом
степени пожарной опасности в лесу, которая характеризуется классами
пожарной опасности по условиям погоды. Для получения сведений о
погоде организуется метеорологическое обеспечение всех авиаподраз-
делений. Информация о погодных условиях формируется на основе
оперативных данных, ежедневно поступающих из Гидрометцентра Рос-
сии, и включает результаты наблюдений сети наземных метеостанций,
долгосрочные и краткосрочные прогнозы погоды, а также фактические
346
и прогнозные значения показателей и классов пожарной опасности в
лесу. В пункты диспетчерского управления поступают также космиче-
ские снимки облачности с метеорологических ИСЗ и данные грозопе-
ленгации (координаты грозовых разрядов) на обслуживаемой авиабаза-
ми территории.
Накоплен опыт в применении современных технологий для информационной под-
держки деятельности служб «Авиалесоохраны». Создан в Интернете сервер «Авиалесоох-
раны», обеспечивающий пользователям оперативный доступ к картографической и спут-
никовой информации о лесопожарной и метеорологической обстановке. Внедряются гео-
информационные системы (ГИС) мониторинга лесных пожаров, базирующиеся на ком-
плексе данных, получаемых как от наземных и авиационных, так и от космических источ-
ников информации. Усовершенствованная система мониторинга лесных пожаров должна
обеспечить систематическое слежение за лесопожарной обстановкой (оценка состояния
лесных горючих материалов, прогнозирование пожароопасных сезонов и периодов), про-
цессами возникновения и развития лесных пожаров, масштабами воздействия огня на
лесные экосистемы, более эффективно использовать имеющиеся ресурсы лесопожарных
служб. Создана ГИС федерального уровня, предусматривается их создание на региональ-
ном и локальном(местном) уровнях.
ГИС-мониторинга лесных пожаров федерального уровня ориентирована на инфор-
мационную поддержку процессов принятия решений в высшем звене управления (госу-
дарственный орган управления лесным хозяйством, ФГУ «Авиалесоохрана»), ответствен-
ном за формирование научно-технической политики в области охраны лесов, выработку
оптимальных стратегий и распределение ресурсов системы охраны леса, координацию
деятельности региональных служб авиационной охраны лесов и организацию межрегио-
нального маневрирования ресурсами.
ГИС регионального уровня (органы управления лесным хозяйством в субъектах Фе-
дерации и авиабазы) предназначена для информационной поддержки принятия решений в
среднем звене управления, ответственном за планирование охраны лесов и оперативное
управление лесопожарными службами в субъектах Российской Федерации.
ГИС локального (местного) уровня должна обеспечивать лесхозы и авиаотделения
информацией о лесопожарной обстановке на закрепленных за ними территориях.
С учетом характера решаемых задач и необходимости принятия со-
гласованных решений на всех уровнях управления в составе ГИС-
мониторинга лесных пожаров можно условно выделить 4 функциональ-
ные подсистемы.
1. Прогнозирование лесопожарной обстановки (определение границ
снежного покрова, сроков наступления и окончания пожароопасного
сезона; оценка и прогноз текущей пожарной опасности в лесу по усло-
виям погоды; определение границ ресурсной облачности для искусст-
венного вызывания осадков; определение границ грозовой облачности и
очагов интенсивной грозовой деятельности; оценка напряженности по-
жароопасных периодов; формирование и ведение баз метеорологиче-
ских данных, в т.ч. построение и хранение обзорных изображений с ме-
теорологических спутников Земли).
2. Обнаружение, слежение за динамикой пожаров и их тушение
(выделение зон чрезвычайной горимости лесов и массовых вспышек
347
лесных пожаров; обнаружение и регистрация вновь возникших лесных
пожаров, оценка параметров и контроль динамики всех зарегистриро-
ванных пожаров; оценка своевременности обнаружения, обслуживания
и локализации лесных пожаров; учет состояния и дислокации ресурсов
лесопожарных служб; формирование и ведение баз данных о лесных
пожарах и деятельности лесопожарных служб; учет объемов выполнен-
ных работ по профилактике, обнаружению и тушению лесных пожаров
и затрат на охрану лесов; формирование статистической отчетности о
лесных пожарах и ходе их тушения).
3. Оценка масштабов воздействия и последствий лесных пожаров
(оценка размеров и структуры пройденной огнем площади лесного фон-
да; контроль за динамикой гарей и поврежденных пожарами насажде-
ний; оценка эмиссий углерода от лесных пожаров; оценка потенциаль-
ных площадей пожаров и размеров предотвращенного ущерба).
4. Поддержка управленческих решений (планирование и оператив-
ное управление работой лесопожарных служб; выбор оптимальных
стратегий и распределение ресурсов системы охраны леса; обоснование
структуры и состава самолетно-вертолетного парка авиалесоохраны;
определение численности и состава авиапожарной службы; маневриро-
вание силами и средствами пожаротушения; оценка результатов функ-
ционирования и эффективности системы охраны леса).
В состав ГИС входят данные о лесном фонде и лесных пожарах, по-
годных условиях, ресурсах лесопожарных служб, нормативно-
справочные данные.
Картографической основой ГИС федерального уровня являются
цифровые карты двух масштабных уровней: а) обзорного уровня - мас-
штаба 1:8000000 с изображением речной сети, крупных водоемов, ос-
новных железных и автомобильных дорог, крупных населенных пунк-
тов, географической сетки координат; б) обзорно-топографического
уровня, сформированной на основе цифровой карты мира масштаба
1:1000000 (DCW), содержащей следующие слои: гидрографию, рельеф,
дорожную сеть, населенные пункты, аэродромы и коммуникации.
Данные дистанционного зондирования представлены обзорными
изображениями облачного покрова над территорией лесного фонда и
районов действия крупных лесных пожаров, получаемыми с помощью
съемочных космических систем низкого разрешения (NOAA, Modis,
Метеор и др.), а также изображениями отдельных районов с крупными
лесными пожарами и гарями, полученными с космических систем дис-
танционного зондирования среднего и высокого разрешения (Landsat,
SPOT, Монитор-Э и др.).
348
Включение космических средств и методов наблюдения в систему
мониторинга лесных пожаров рассматривается на современном этапе
как дополнение к наземным и воздушным средствам наблюдения.
14.3. Авиационное патрулирование лесов
Авиационное патрулирование лесов проводится с наступлением
пожарной опасности в лесу по условиям погоды по утвержденным мар-
шрутам. Целью его является своевременное обнаружение лесных пожа-
ров, и выявление нарушений Правил пожарной безопасности в лесах.
Нормативная площадная нагрузка - 5 (размер охраняемой площади лесного фонда)
авиаотделения определяется с учетом типа воздушного судна, протяженностью (предель-
но возможной) патрульных маршрутов, коэффициентами полезного действия и радиуса
обзора и рассчитывается по формуле:
S = 2KRL,
где К - коэффициент полезности патрульного маршрута (находится в пределах от 0,6
до 0,9; оптимальный - 0,7);
R - радиус обзора - дальность видимости с патрульного воздушного судна, км (при-
нимается равным 30 км);
L - протяженность патрульного маршрута, км.
Протяженность патрульного маршрута конкретного типа воздушного судна зависит
не только от его технических возможностей. Она также определяемся кратностью патру-
лирования; средним числом лесных пожаров в день на 1 млн. га площади, для осмотра кото-
рых и доставки к месту тушения работников парашютно-пожарных и десантно-пожарных
команд требуется сход с маршрута (доля затрат времени на сходы с маршрута - около 25... 30
%); необходимостью дополнительной (промежуточной) дозаправки, пополнения численно-
сти команд; дневной санитарной нормой налета экипажа и других факторов.
Величина осматриваемой авиаотделением территории, как правило, должна равнять-
ся нормативной площадной нагрузке на основные плановые воздушное судна (до 3 млн. га
- для Ан-2 и до 1.2 млн. га - для Ми-8) в расчете на однократное патрулирование при
плотности пожаров, соответствующей малой пожарной опасности по условиям погоды.
Границы обслуживаемой территории должны совпадать с границами лесхозов или лесни-
честв или проходить по хорошо распознаваемым с воздуха ориентирам (большие реки,
железные дороги и т.д.).
Патрульные маршруты прокладывают через наиболее опасные в
пожарном отношении участки с таким расчетом, чтобы обеспечивалась
полная просматриваемость обслуживаемой территории при средних
условиях видимости. Расстояния между линиями маршрутов должны
быть не более 60 км, а от границ обслуживаемой территории - не более
30 км. Поворотные пункты маршрутов должны выбираться над хорошо
опознаваемыми в полете ориентирами и не иметь острых углов.
Накануне дня вылета летчик-наблюдатель подает предварительную заявку в пись-
менном виде, радиограммой (если летчик-наблюдатель находится в полете) или по теле-
фону диспетчеру аэропорта (командиру авиаотряда или другому уполномоченному лицу
авиапредприятия). В день вылета (за 2ч. до вылета) летчик-наблюдатель дает письменную
заявку командиру воздушного судна. При необходимости срочного вылета заявка на полет
349
может быть подана в день вылета без предварительной заявки и подлежит выполнению не
позднее чем через 1 ч после получении заявки.
В заявке указывают цель полета, вид работ, время вылета, маршрут полета, пункты
посадки (если в этом есть необходимость), число служебных пассажиров, парашютистов и
десантников-пожарных с приложением списка; а также массу груза в килограммах. Заяв-
ку подписывает летчик-наблюдатель или начальник авиаотделения и принявший ее ко-
мандир воздушного судна или командир летного отряда, авиапредприятия. По окончании
полета ответственный представитель авиабазы своей подписью и печатью подтверждает
выполнение заявки и заполняет обратную сторону заявки (акт-отчет).
На пожароопасный сезон авиаотделению устанавливают лимит летного времени по
каждому типу воздушного судна. При использовании лимита и необходимости продолже-
ния полетов авиабаза может выделять дополнительный лимит при наличии необходимого
финансирования.
Первый облет маршрутов должен проводиться до начала пожаров в лесу, как прави-
ло, с участием представителя лесхоза. При этом проверяют подготовку лесхоза, его лесно-
го фонда и авиаотделения к пожароопасному сезону и проведению авиалесоохранных
работ и определяют необходимость начала регулярного авиапатрулирования.
В зависимости от класса пожарной опасности рекомендуются соответствующие ре-
жимы авиапатрулирования.
При 1 классе пожарной опасности авиапатрулирование, как правило, не проводится.
Могут назначаться эпизодические полеты для контроля за состоянием действующих по-
жаров и оказания помощи командам, работающим на тушении пожаров. С повышением
пожарной опасности в лесу увеличивается интенсивность авиапатрулирования. При малой
пожарной опасности (II класс) до начала лесных пожаров патрулирование проводится
через 1...2 дня. Ежедневное однократное патрулирование проводится при средней пожар-
ной опасности (III класс) или наличии пожаров в дни со II классом. Двукратное патрули-
рования рекомендуется в период высокой пожарной опасности (IV класс) или при нали-
чии пожаров в дни III класса. Основанием для назначения трехкратного патрулирования
является наступление периода высокой пожарной опасности (V класс) или наличие пожа-
ров в дни с IV классом.
Кратность авиапатрулирования может увеличиваться при скорости ветра более 8 м/с,
а также в выходные дни на территориях, где наблюдается большое число отдыхающих, и
снижена при изменении погоды и выпадении осадков, как на всей обслуживаемой авиале-
соохраной территории, так и на ее части. Полеты для осмотра ранее обнаруженных, но
еще не потушенных (действующих) пожаров, и для принятия дополнительных мер по их
тушению проводят независимо от класса пожарной опасности и выполняют до полной
ликвидации пожаров.
В периоды повышенной горимости лесов полеты, связанные с дос-
тавкой к местам действующих лесных пожаров рабочих и средств по-
жаротушения, должны начинаться, как правило, с рассветом или в са-
мые ранние утренние часы.
Определение места возникновения и вида пожара. Во время по-
лета на самолете или вертолете летчик - наблюдатель ведет постоянное
наблюдение за охраняемой территорией, осматривая дымовые точки, и
одновременно осуществляет контроль за лесопатологическим состояни-
ем лесов. В случае обнаружения пожара определяет его точное место-
положение, параметры и принимает меры по организации его тушения:
высаживается группа пожарных-десантников или сообщается о нем в
350
лесхоз (лесничество), которые принимают меры по его тушению. Для
тушения пожара могут быть применены как наземные, так и воздушные
средства (самолеты-танкеры, вертолеты с водосливным устройством). В
ряде случаев тушение пожаров производится с применением искусст-
венно вызываемых осадков.
При полете по маршруту летчик-наблюдатель ориентируется по по-
летной карте. Заметив дым, устанавливает место нахождения воздушно-
го судна по хорошо опознанному ориентиру, берет курс на дымовую
точку, переходит на ориентировку по карте, при необходимости для
самоконтроля по времени полета и путевой скорости определяет рас-
стояние от точки схода с маршрута до пожара и откладывает его на кар-
те. Затем уточняет место пожара путем привязки его к имеющимся ори-
ентирам. При отсутствии в районе пожара ориентиров или при значи-
тельном их удалении место пожара определяется пеленгацией. Для это-
го прокладывают пеленги на пожар с двух ориентиров, выбранных с
таким расчетом, чтобы угол между ними был не меньше 45° и не боль-
ше 135° (рис.14.1).
Рис.14.1. Определение местонахождения пожара: а - при полете над просеками;
б - пеленгацией
Для этого при полете по маршруту над хорошо опознанным ориен-
тиром самолет разворачивают по направлению на дымовую точку и
снимают магнитный курс, по которому на карте прокладывается пеленг,
и продолжают полет по маршруту до следующего ориентира, с которого
351
прокладывают второй пеленг, и с этим курсом самолет направляют на
дымовую точку, которая будет находиться в месте пересечения двух
пеленгов. Одновременно для самоконтроля определяют расстояние (по
скорости и времени полета) от точки схода с маршрута до пожара. Для
большей надежности рекомендуется брать дополнительный третий пе-
ленг - обратный одному из взятых или с дополнительного ориентира.
При данном способе ошибка в установлении места пожара по отмечен-
ной на карте точке не должна быть более 500 м.
В последние годы координаты лесных пожаров (как и других объ-
ектов) определяют с помощью спутниковой системы геопозициониро-
вания (GPS).
Летчик-наблюдатель имеет право продолжать дальнейший полет по
маршруту лишь после того, как убедится в правильности определения
места пожара. В тех случаях, когда экипаж не может задерживаться для
уточнения места пожара из-за позднего времени, недостатка горючего
или ограничений по санитарной норме налета, летчик-наблюдатель обя-
зан при первой возможности вылететь к пожару вторично и уточнить
его место.
После определения координат пожара летчик-наблюдатель должен
установить вид пожара: низовой, верховой, торфяной или подземный.
Для определения вида пожара с борта самолета или вертолета служат
следующие признаки:
- низовой пожар - горение происходит под пологом древостоя или
на открытой местности, форма площади пожара вытянутая, с извили-
стыми границами; огонь под пологом древостоя обычно виден местами,
цвет дыма беловатый;
- верховой - контур пожара сильно вытянут, видны горящие кроны
деревьев, огонь хорошо заметен с высоты 600 м, цвет дыма - темный;
- торфяной или подземный пожар - границы недавно возникшего
пожара плохо заметны, дым поднимается со всей площади пожара,
огонь не виден; на старом пожаре границы выгоревшей площади хоро-
шо заметны, дым сосредоточен по периферии пожара, много вывалив-
шихся деревьев, огонь не виден.
Установив место и вид пожара, летчик-наблюдатель проводит облет его на высоте
600... 800 м и наносит простым карандашом границы пожара на патрульную карту по
ориентирам, опознанным на местности. Если его площадь в масштабе карты составляет
менее 0,5 см2, то место пожара на карте отмечают точкой. Площади, пройденные огнем,
определяют палеткой. Площади пожаров (гарей), место которых на карте обозначено
точкой, определяют глазомерно. Погрешность в определении площадей не должна пре-
вышать 30 %. Затем составляют донесение и схему расположения места пожара с нанесе-
нием квартальной сети, населенных пунктов, рек, озер, дорог, троп и других ориентиров.
352
На схему наносятся также дополнительные ориентиры, которых нет на карте, и естествен-
ные преграды, которые можно использовать для остановки огня.
После составления схемы высота полета снижается для детального
осмотра пожара: на самолетах - не ниже 200 м высоты и на вертолетах -
100 м. Летчик-наблюдатель проводит описание насаждения (состав,
полнота, возрастная группа - молодняки, средневозрастные, спелые).
Если пожар находится на не покрытой лесной растительностью площа-
ди, указывается ее категория. Кроме того, устанавливают наличие или
отсутствие на пожаре рабочих, определяют интенсивность пожара, вы-
являют и наносят на схему дополнительные данные.
Для определения интенсивности низовых пожаров служат следую-
щие признаки:
• при сильной интенсивности пожара пламя видно с высоты 200 м и
по всему фронту пожара;
• при средней интенсивности пожара пламя с высоты 200 м видно
лишь на отдельных участках фронта пожара;
• при малой интенсивности огонь с высоты 200 м не заметен.
При осмотре пожара летчик-наблюдатель определяет потребность
технических средств и рабочих по нормативам, а также тактику и тех-
нику тушения пожара в данных условиях. При этом учитывается веро-
ятное распространение пожара до прибытия сил и средств.
Способы доставки информации о пожарах и нарушениях пра-
вил пожарной безопасности. Летчик-наблюдатель обязан немедленно
сообщить по радио с борта воздушного судна о пожаре и принимаемых
мерах по его ликвидации в авиаотделение для передачи этих сообщений
в пункт диспетчерского управления (ПДУ) авиабазы. При наличии ра-
диосвязи с лесхозом, на территории которого обнаружен пожар, летчик-
наблюдатель открытым текстом передает сообщение и ему. Донесение в
этом случае может не составляться.
Если радиосвязь с лесхозом отсутствует, летчик-наблюдатель обя-
зан сбросить с помощью вымпела донесение о лесном пожаре в бли-
жайший пункт приема донесений, от которого наиболее удобны пути
подхода к пожару. Если дальнейший маршрут полета проходит вблизи
конторы лесхоза или лесничества, летчик-наблюдатель при необходи-
мости может сбросить туда копию донесения или сообщение с указани-
ем места пожара, его характеристики и необходимых мерах по его ту-
шению.
Вымпел представляет собой разноцветную ленту из ткани (ширина - около 10 см,
длина - 1,0... 1,5 м), на конце которой имеется карман для груза весом около 100... 150 г и
карман для донесения или другого сообщения. Вымпел с донесением складывают в виде
«змейки».
353
Порядок сбрасывания вымпела следующий. Патрульный самолет на высоте около
200 м подходит к пункту приема донесений (дом, на крыше которого имеется знак в виде
числа, обозначающего номер пункта, нанесенного на карту, и другого знака размером
около 0,5x1,5 м) и осуществляет полет по кругу, чем привлекает внимание дежурного.
Дежурный выходит во двор или на улицу с белым флажком размером 0,5x1,0 м (рис. 14.2).
После этого осуществляется заход на сбрасывание по направлению, как правило, вдоль
улицы населенного пункта, вдоль опушки, стены леса и других превышений со снижени-
ем в точке сбрасывания до 50 м. Летчик-наблюдатель высовывает в форточку пилотной
кабины правую руку с зажатым в ней вымпелом и визуально определяет момент сбрасы-
вания. Обычно точка сбрасывания (когда следует разжать пальцы руки) при высоте полета
50 м находится на расстоянии 100... 150 м до точки падения. После сбрасывания вымпела
пилот набирает высоту 200 м и осуществляет полет по кругу для наблюдения за приняти-
ем вымпела. Если вымпел принят, дежурный размахивает флажком или вымпелом, а если
не принят (не найден) - дежурный раскладывает флажок на земле перед собой или про-
должает стоять на месте. В последнем случае операция сбрасывания вымпела с копией
донесения или запиской повторяется по тем же правилам. Если полет осуществляется на
вертолете, то донесение сбрасывается в режиме «висения» или передается при посадке
вертолета.
Рис. 14.2. Пункт приема донесений
При обнаружении случаев нарушений Правил пожарной безопасности в лесах лет-
чик-наблюдатель принимает меры к их прекращению: передает сообщение о нем в соот-
ветствующий лесхоз после окончания полета, сбрасывает нарушителям письменное пред-
писание о прекращении нарушения или использует для передачи сообщения о его пре-
кращении звуковещательную станцию, высаживает (с помощью парашюта) для пресече-
354
ния нарушений и оформления соответствующего протокола работника ПДПС, а при поле-
тах на вертолете совершает посадку и лично принимает меры к прекращению нарушения
и привлечению нарушителей к ответственности.
О всех нарушениях Правил пожарной безопасности летчик-наблюдатель сообщает в
соответствующий лесхоз. В периоды, когда наблюдается большое число нарушений пра-
вил пожарной безопасности, могут проводиться специальные полеты по их предупрежде-
нию и принятию мер к их прекращению. В таких полетах должны принимать участие
руководители лесхозов, представители местных органов власти, органов внутренних дел.
После завершения полета летчик-наблюдатель подтверждает лесхозу переданные в
полете данные о лесных пожарах и случаях нарушения правил пожарной безопасности .
14.4. Парашютная десантно-пожарная служба
Подготовку парашютистов и десантников-пожарных проводят за-
благовременно до начала пожароопасного сезона на специально созда-
ваемых при авиабазах курсах. Необходимая численность их определяет-
ся с учетом заданного уровня охраны и горимости подлежащей охране
авиаотделением территории. По численности определяют количество и
типы воздушных судов, необходимых для доставки парашютистов и
десантников к местам пожаров.
Среднюю численность парашютной или десантно-пожарной команды (0 рассчиты-
вают по следующей формуле:
Q=N PVK
где N - среднее число лесных пожаров, возникающих за 1 сутки;
Р - доля числа лесных пожаров, которые необходимо потушить парашютистам или
десантникам, выраженная от 0,1 до 1,0;
V - средняя продолжительность тушения лесного пожара, сутки (при продолжитель-
ности тушения более 3 суток + 1 сутки на отдых и сборы);
К - численный состав высаживаемой и обеспечивающей тушение лесного пожара группы.
В полученные данные могут вноситься поправки на возможность маневрирования
командами (группами) между авиаотделениями и возможностями использования резерв-
ных команд.
Основная задача ПДПС - тушение лесных пожаров сразу же после
их обнаружения, пока пожар не успел распространиться на значитель-
ной площади. Для тушения пожаров, охвативших значительные площа-
ди, ликвидировать или задержать распространение которых до подхода
наземных сил команды парашютистов и десантников-пожарных не в
состоянии, высадка их, как правило, нецелесообразна. Использование
парашютистов или десантников-пожарных для борьбы с крупными лес-
ными пожарами допускается с разрешения руководства базы в каждом
отдельном случае в следующих целях:
- для руководства бригадами рабочих, привлеченных на тушение
этих пожаров, когда работников наземной охраны не хватает;
- для проведения работ, требующих специальной подготовки (про-
кладка заградительных полос с помощью взрывчатых материалов);
355
- для задержания распространения части пожара, угрожающего объ-
ектам или ценным насаждениям, до прихода наземных сил;
- при тушении пожаров техническими средствами механизирован-
ных отрядов и др.
Во все дни пожароопасного сезона (включая субботние и воскресные) работники
ПДПС должны быть в состоянии готовности к немедленному вылету для выполнения
задания по борьбе с лесными пожарами. Выходные дни устанавливает начальник авиаот-
деления по согласованию с руководством авиабазы (авиазвена).
В дни полетов по авиационной охране лесов парашютисты и десантники-пожарные,
не назначенные в полет, несут дежурство в авиаотделении до прекращения полетов. При
этом они должны быть готовы к вылету (как на самолетах, так и на вертолетах) не только
на территорию, обслуживаемую данным авиаотделением, но и для тушения лесных пожа-
ров на территориях, охраняемых другим авиаотделением либо другой авиабазой.
Летчик-наблюдатель подбирает площадки для приземления пара-
шютистов вблизи пожара. Это поля, луга, лесные поляны, пересохшие
болота, кустарники, а также участки леса при высадке с Ан-2 и Ан-26
размером 75x75 м, при высадке группы более 5 чел. -150x150м, а при
высадке с парашютом «Лесник-2» - не менее 40x40 м для группы до 5
чел. и 50x50 м - для группы 10 чел. В снаряжении «СПП-2» (парашют
«Лесник-2») допускается высадка парашютистов на лес: в одноярусных
насаждениях при высота древостоя - до 15 м с полнотой до 0,8, в много-
ярусных насаждениях высота может быть более 15м (рис. 14.3).
Рис. 14.3. Спуск парашютиста-пожарного на парашюте «Лесник - 2»
Не разрешается высадка парашютистов на вырубки, гари, ветрова-
лы, участки сухостойного леса, болота, а также в зонах высоковольтных
356
линий. При высадке на площадки, расположенные ближе 500 м от водо-
емов, парашютисты-пожарные обязаны иметь спасательные жилеты.
За подбор площадки отвечают летчик-наблюдатель и выпускаю-
щий. Осмотр площадок с Ан-2 осуществляется с высоты полета 100 м,
Ан-26 - 300 м. Высота полета при высадке - не ниже 600 м, а для пара-
шюта «Лесник-2» - 800 м.
Сила ветра при высадке у поверхности земли - 7...8 м/с, для пара-
шюта «Лесник-2» - 12 м/с. Прежде чем улететь от места высадки груп-
пы, летчик-наблюдатель обязан убедиться в благополучном приземле-
нии парашютистов и принятии грузов. При уходе от площадки призем-
ления он обязан пролететь над ними в направлении на пожар, чтобы
дополнительно ориентировать их на местонахождение пожара.
Производственные спуски с вертолета Ми-8 выполняются при от-
сутствии площадки для посадки, но не ближе 100 м от кромки пожара
(рис. 14.4). Обязанности выпускающего выполняет летчик-наблюдатель,
он же подбирает место для высадки и согласовывает его с командиром.
Перед спуском выпускающий проверяет установку серьги на бортовой
стреле вертолета, наличие страхового пояса, трех страховых фалов на
тросе принудительного раскрытия парашюта вертолета, связи по верто-
летному переговорному устройству с командиром, размещение десант-
ников и грузов. Тормозные блоки десантников должны быть подсоеди-
нены к шнуру на бухте в соответствии с массой десантников и очеред-
ностью спусков (рис. 14.5).
Рис. 14.4. Спуск десантника-пожарного
357
1
Рис. 14.5. Спусковое устройство: а - в свернутом состоянии; б - тормозной блок;
в - регулирование скоростного спуска перегибанием шнура. 1 - карабин;
2 - тормозной блок; 3 - спусковой шнур; 4 - кожух; 5 - ролик; б - силовая пластина
По команде «приготовиться к спуску» десантники надевают подвесные системы и
пристегиваются к тормозному блоку. Выпускающий зацепляет карабин шнура за серьгу и
сбрасывает бухту шнура вниз. Первым спускается старший группы. Скорость спуска - 3
м/с выдерживается натяжением шнура. После окончания спуска шнур сбрасывают вниз
или поднимают на борт вертолета. Минимальный размер площадки для приземления - 5x5
м, высота зависания вертолета для спуска десантников - до 45 м.
Погрузка и выгрузка из вертолета должны проводиться быстро и организованно,
особенно во время «висения» вертолета. Для четкости десантных операций на каждого
десантника-пожарного, в зависимости от занимаемого им в вертолете места, возлагаются
соответствующие обязанности. Твердо устанавливается также порядок выгрузки, погруз-
ки и место размещения в вертолете противопожарного снаряжения.
Во время загрузки вертолета Ми-8 на земле и при «висении» до высоты 1,5 м поло-
вина десантников, назначенных в полет (первые по порядку рабочих номеров), входит в
вертолет, а остальные подают грузы. Сначала подают те грузы, которые должны быть
уложены дальше от входной двери. После окончания погрузки все десантники занимают
свои места.
Выгрузка проводится в обратном порядке. При необходимости проведения выгрузки
с помощью спускового устройства первым высаживается десантник-пожарный, занимаю-
щий место у входной двери, следом за ним - десантник, занимающий противоположное
место по правому борту. После этого спускают грузы, которые остальные десантники
подают в порядке расположения - сначала лежащие ближе к двери и т.д. Ранее высадив-
шиеся десантники-пожарные принимают грузы на земле. Работники, находящиеся вблизи
открытой двери вертолета, должны быть при помощи соответствующих устройств надеж-
но застрахованы от выпадения из вертолета. После спуска грузов высаживаются осталь-
ные десантники. Погрузка при «висении» проводится в обратном порядке. Посадка в вер-
толет и высадка из него при «висении» на высоте более 1,5 м допускается только для ра-
358
ботников, прошедших специальную подготовку. В процессе тушения небольших пожаров
летчик-наблюдатель может задержать вертолет на площадке в районе пожара, пока де-
сантники-пожарные ликвидируют очаг, после чего вывезти их с места пожара, не делая
для этого дополнительного полета.
Команды (группы) работников ПДПС, высаженные для тушения пожаров в отдален-
ных районах, должны быть обеспечены радиостанциями для связи с патрульным самоле-
том (вертолетом) и между работниками, участвующими в тушении пожара.
Сброс грузов с самолетов производится с грузовыми парашютами и без них из фюзе-
ляжа самолета в упаковках, выдерживающих удар о землю и обеспечивающих сохран-
ность грузов. Высота сброса грузов с парашютом - не ниже 150 м, без парашюта - 25 м (в
холмистой местности - 50 м). Продукты питания сбрасывают на парашютах. Выброска
грузов с вертолетов ведется с высоты 1,5 м, на спусковом устройстве в лес - с высоты до
45 м и сбросом в лес - с высоты до 50 м. Максимальная масса грузов - 100 кг. Выброску
проводит специально назначенный работник, летчик-наблюдатель или второй пилот.
При травмировании кого-либо из парашютистов или десантников-пожарных летчик-
наблюдатель обязан принять все необходимые меры для оказания помощи пострадавшим
и немедленно сообщить о происшествии в авиаотделение и авиабазу.
14.5. Контроль за действующими пожарами
Перед каждым очередным патрульным полетом летчик-наблюдатель
совместно с командиром воздушного судна намечает очередность и цель
осмотра действующих пожаров, а также режим полета при осмотре.
При осмотре локализованных пожаров основное внимание обраща-
ется на дымовые точки по периферии пожара (горящие или дымящиеся
пни, стволы деревьев, кучи древесного хлама и т.д.), степень их опасно-
сти с точки зрения возможности возобновления и распространения по-
жара и на наличие людей, оставленных на месте пожара для его полной
ликвидации.
Необходимость облета пожара летчик-наблюдатель устанавливает
на основании информации, получаемой от руководителя тушения пожа-
ра. Если связь между ними не установлена, летчик-наблюдатель осмат-
ривает действующие пожары, как правило, ежедневно. В целях выявле-
ния динамики распространения пожара при каждом осмотре на пат-
рульную карту наносится граница пожара и указывается дата осмотра и
площадь пожарища.
Во время осмотра действующих лесных пожаров летчик-
наблюдатель определяет основное направление распространения огня,
наличие отдельных очагов горения, участков особо опасных в пожар-
ном отношении и, по возможности, должен увидеть людей и технику,
занятых на тушении пожара, с целью определения правильности их рас-
становки по кромке пожара.
При необходимости летчик-наблюдатель составляет и сбрасывает
руководителю тушения подробную схему пожара, составляемую в соот-
359
ветствии с требованиями Инструкции по авиационной охране лесов.
Схема должна быть полной, наглядной и достоверной. Ее назначение -
обеспечить возможность руководителю тушения пожара правильно оце-
нить обстановку и наметить мероприятия для быстрой ликвидации пожара.
При осмотре действующих лесных пожаров летчик-наблюдатель
обязан также выяснить, нужны ли на пожаре дополнительно людские
ресурсы, продовольствие, средства пожаротушения и т.п. и при необхо-
димости оказать соответствующую помощь.
Для осмотра лесного пожара с вертолета летчик-наблюдатель может
взять на борт руководителя тушения пожара, который участвует в со-
ставлении схемы. Связь с руководителем тушения лесного пожара осу-
ществляется в основном по радио, а при отсутствии радиосвязи - при
помощи звуковещательной станции или сигнальных ракет, а также зна-
ков, выложенных на земле из подручных материалов. При необходимо-
сти летчик-наблюдатель может в своем сообщении по звуковещатель-
ной станции или в записке, сброшенной вымпелом, указать, каким зна-
ком с земли должен быть подан ответ на заданный им вопрос.
Для более правильной оценки обстановки, складывающейся на по-
жаре, выяснения потребностей у работающих на нем людей летчик-
наблюдатель при посадке вертолета знакомится с ходом тушения, оценива-
ет эффективность проводимых мероприятий по борьбе с огнем и на осно-
вании этого согласовывает с руководителем тушения пожара необходимые
дополнительные мероприятия. После локализации крупного лесного пожа-
ра летчик-наблюдатель обязан контролировать процесс его окарауливания
и периодически проводить облеты пожара по его границам.
При обнаружении участков с возобновившимся горением кромки
пожара летчик-наблюдатель сообщает об этом рабочим, проводящим
окарауливание, и при необходимости доставляет их к этому очагу на
вертолете. Рабочие, несущие окарауливание, заметив приближение воз-
душного судна, должны выходить на открытые места и привлекать вни-
мание летчика-наблюдателя.
14.6. Тушение пожаров сбрасыванием огнетушащей жидкости
с борта воздушного судна
В районах авиационной охраны лесов при тушении лесных пожа-
ров начинает находить применение метод, основанный на сбрасывании
на очаги горения огнетушащей жидкости, обычно воды, со специально
приспособленных для этих целей самолетов (Ан-2П, Ил-72-ТП, Ан-26П,
Бе-12П и др.) и вертолетов (Ми-8Т).
360
Самолеты-танкеры. Ан-2П - это лесопожарная модификация самолета Ан-2,внутри
фюзеляжа которого имеется бак емкостью 1200 л, заполняемый огнегасящей жидкостью
на аэродроме. Слив жидкости осуществляется самотеком через горловину, наклоненную
под углом 45° в сторону хвостового оперения. Слив жидкости производят при высоте
полета над пологом леса 10-15 м при скорости 140-160 км/ч. После пролета создается
заградительная полоса размером 60x4 м с дозированием по центру 1.1,5 л/м2. Звено,
состоящее из двух-трех самолетов, может эффективно подавлять начинающиеся пожары в
радиусе 40-50 км от аэродрома базирования.
Лесопожарный самолет Ил-78 ТП (разработка ОКБ им. С.И. Илюшина) имеет внутри
фюзеляжа два бака, установленных на автономной (съемной) платформе в виде труб
большого диаметра, общей емкостью 42 тыс.л. Слив жидкости из баков свободный, по
специальному желобу через открывающуюся в полете рамку одновременный или после-
довательный при горизонтальном полете на высоте 60-80 м, скорости
270-280 км/ч, с набором высоты до 5 м/с. При последовательном сливе жидкости из баков
время слива 8....9 с, при одновременном - 6...7 с. На земле создается при последователь-
ном сливе смоченная полоса протяженностью 300 м шириной 80... 100 м с дозировкой
жидкости в центральной части 1л/м2 и более.
Самолет Ан-26П оборудован двумя наружными жесткозакрепленными вдоль фюзе-
ляжа баками для огнетушащей жидкости емкостью по 2 тыс. л каждый, системой дистан-
ционного управления сливными створками и оптическим прицелом для точного сбрасы-
вания жидкости на очаг горения. Сброс жидкости производится одновременно из обоих
баков или последовательно друг за другом. В первом случае на земле образуется смочен-
ное пятно 60x40 м с дозировкой в центральной части до 5л/м2, во втором -100x300 м с
несколько меньшей дозировкой жидкости. Имея свободную грузовую кабину, возможна
доставка на нем к месту лесного пожара до 12 парашютистов пожарных и трех упаковок
пожарного снаряжения весом по 100 кг каждая.
Основные технические характеристики самолетов-танкеров, по данным опытных ра-
бот 1998 г., приведены в табл. 14.1.
Таблица 14.1
Характеристика самолетов - танкеров
Характеристики Марки самолетов
Ил-76 П Ан-26П Ан-32П Бе-12П Бе-200П Ан-2П
Взлетная масса, т 180 20 29 36 43 5.25
Емкость баков, тыс. л 42 4 8 6 12 1.2
Скорость крейсерская, км/ч 800 420 400 470 600 180
Скорость при сливе, км/ч 270 250 230 230 230 160
Высота полета при сливе, м 60 40 40 40 40 10
Длина смоченной поло- сы при дозировке не менее 1 л/м2, м 300 60 120 100 150 60
Вышеперечисленные самолеты заправляются огнегасящей жидкостью на аэродро-
мах. Но для тушения лесных пожаров применяют также гидросамолеты (самолеты-
амфибии).
Так, например, самолет амфибия Бе-12П может забирать воду во встроенные в фюзе-
ляж четыре бака емкостью 6 тыс.л в процессе глиссирования по поверхности водоема
361
(протяженностью не менее 3 км со свободными подходами) за 20-25с. Сброс жидкости
осуществляется при высоте полета около 40м за 1,5...2,0 с. Протяженность смоченной
полосы на поверхности земли достигает 90... 100м. Самолет может быть заправлен раство-
ром ретарданта лишь на аэродроме, поскольку возможность приготовления его на борту
самолета отсутствует.
Слив жидкости из баков может быть как свободным, так и под давлением, залповым.
При залповом сливе основная масса жидкости сбрасывается за 0,5... 1,0 с и на поверхности
земли образуется смоченное пятно овальной формы с максимальной дозировкой жидкости
в центральной части пятна.
Оборудование вертолетов. С 1979 г. на вертолете Ми-8Т применяют водосливное
устройство (ВСУ), состоящее из бака на внешней подвеске, заполняемое водой (1,5...2,0
тыс. л) при опускании его в водоем в режиме зависания, а затем транспортирования к
месту пожара. За один слив образуется смоченная полоса размером 10x110м (10x60 м -
под кронами спелого соснового древостоя с полнотой 0,6). Водоемы для забора воды
должны иметь открытые подходы и глубину не менее 1,5 м. Заполнение водой ВСУ -
18...20 с, слив - за 14-17 с. Высота полета при сливе над открытом местом - 40 м, над
кронами деревьев - 60 м, при скорости полета соответственно 40 и 20 км/ч.
Основными приемами использования ВСУ являются обработка кромки пожара с
вертолета водой и растворами химикатов; прокладки заградительных полос; использова-
ние их как резервуара для заправки лесных огнетушителей. Наибольший эффект примене-
ния ВСУ достигается при обработке кромки огня водой при тушении пожаров, распро-
страняющихся в редкостойных и низкополнотных насаждениях, в кустарниковых зарос-
лях, на не покрытых лесной растительностью и нелесных землях. ВСУ целесообразно
применять также для дотушивания пожаров при наличии наземной команды и в трудно-
доступных местах при тушении очагов загораний.
Эффективность тушения пожаров с воздушных судов в значительной части зависит
от используемого огнетушащего состава в огнетушащей жидкости.
14.7. Тушение лесных пожаров методом искусственного вызывания
осадков
Для борьбы с крупными лесными пожарами разработан, апробиро-
ван и находит практическое применение метод искусственного вызыва-
ния осадков. Сущность метода заключается в осаждении влаги из мощ-
ных кучевых облаков. Для этого в районе пожаров необходимо найти
кучевые облака с вертикальным развитием более 3 км. В вершине тако-
го облака температура достигает -4...-8°С (рис. 14.6).
Нижняя кромка облака обычно находится на высоте от 1 до 1,5 км,
где температура +10...+25°С. Влага в вершине облака - это снежинки,
ледяные кристаллы, переохлажденные капельки и пар. Состояние их
весьма неустойчиво. При введении в вершину такого облака реагента
(йодистое серебро, йодистый свинец, сернистая медь, сухая углекисло-
та) происходит быстрый рост кристаллов, которые по мере их падения
переходят в крупные капли дождя. Дисперсность реагентов от 1010 до
1016 кристаллов из 1г вещества. На практике чаще применяют 2 %-е
йодистое серебро.
362
В зависимости от влагоемкости облака через 10... 12 мин. после вве-
дения реагента из него выпадают обильные осадки, которые продолжа-
ются от нескольких минут до 2,5 ч. Зона выпадения осадков имеет фор-
му эллипса или овала, вытянутого по направлению ветра. Длина зоны
осадков одного облака колеблется от 3 до 30 км, ширина - от 2 до 18 км.
Их средние величины соответственно равны 12 и 3 км. Ширина зоны
осадков почти всегда в 1,5... 2 раза превышает средний диаметр кучево-
го облака.
Количество выпадающих осадков в ряде случаев значительно пре-
вышает первоначальные запасы влаги в облаке. Это объясняется тем,
что конвективное облако действует как своеобразный генератор, вовле-
кающий в себя парообразную влагу из окружающего воздуха.
Рис. 14.6 . Схема искусственного вызывания осадков
Коэффициент регенерации в среднем составляет 4,2, т.е. каждое об-
лако в среднем дает осадков в 4,2 раза больше первоначального запаса
воды в нем. Например, средний объем конвективного мощного облака
высотой 2,5...3,0 км для Красноярского края составляет 9... 10 км3.
363
Если принять среднюю водность облака 1 г/м3, то из него может быть
получено около 9... 10 тыс.т воды, а с учетом коэффициента регенерации
4,2 это количество увеличивается до 37...42 тыс.т.
Таким образом, целью воздействия на облачность может быть сти-
мулирование осадков из мощных конвективных облаков, ускорение
процесса их выпадения и увеличение количества осадков над зоной го-
рения.
Для введения реагента в облако используют самолеты-зондировщики Ан-26 и Ан-4
со специально вмонтированными в иллюминаторы пусковыми кассетами (две кассеты
АСО-24 с пиропатронами ПВ-26) и с пультом пуска в пассажирской кабине. Реагент нахо-
дится в специальном пиропатроне, который обеспечивает дальность пуска на 50 м. Поле-
ты проводят в соответствии со специальным прогнозом развития кучевой облачности.
Применение данного способа возможно только в районах, имеющих условия для развития
ресурсной облачности. Практика показывает, что в целом ряде районов нет условий для
искусственного вызывания осадков в пожароопасный сезон (к районам, где применение
метода можно считать перспективным, относятся Зауралье, север Тюменской обл., Цен-
тральная Якутия (Республика Саха), побережье Байкала и Тихого океана, Амурская обл.
В малооблачную погоду над крупными лесными пожарами часто образуется мощная
конвективная колонка темно-серого цвета, заканчивающаяся облаком кучевого характера.
Если интенсивность пожара невелика, то колонка, достигнув слоя инверсии, замедляет
свое движение вверх, и дым от нее растекается во все стороны, образуя вершину в виде
шляпки гриба.
При достаточных запасах кинетической энергии в потоке нагретого воздуха проис-
ходит преодоление слоя инверсии конвективной колонкой, которая образует мощное ку-
чевое облако). Воздействие на это облако может вызвать осадки (рис. 14.7).
Конвергенция
дымовое
обл wo
Рис. 14.7. Схема развития лесного пожара при дивергенции и конвергенции
воздушных течений
Данный метод разработан Государственной геофизической обсерваторией им. Воей-
кова. В этой же обсерватории разработаны самолетный аэрозольный генератор (САГ) и
364
контейнерная установка самолетного аэрозольного генератора (КУСАЛ), размещаемая на
верхних плоскостях Ан-2 для пуска ракет с реагентом в нижнюю кромку облака. При
введении реагента его частицы восходящим потоком поднимаются в вершину облака и
вызывают осадки. Пульт управления находится у летчика-наблюдателя. Установка под-
ключена к бортовой сети и обеспечивает пуск одной или нескольких ракет. В 1995г. метод
усовершенствован (упрощена установка), разработана возможность ручного отстрела
ракет с реагентом из приспособления типа ракетницы.
Очень важно, чтобы время воздействия было согласовано со складывающейся си-
ноптической ситуацией. Например, при выпадении из конвективной облачности в районе
пожара так называемых «пятнистых» осадков воздействие будет способствовать расшире-
нию зоны выпадающих осадков или образованию новых зон. При осадках, выпадающих с
прохождением теплых фронтов, воздействие на облака может ускорить наступление
дождливого периода. При выпадении над районом пожара осадков малой интенсивности
воздействие будет способствовать увеличению суммы выпадающих осадков. Целью осад-
ков может быть также стимулирование осадков для снижения пожарной опасности лесной
территории.
Искусственное вызывание осадков требует оперативной и надежной информации о
состоянии и динамике облачного покрова над интересующей территорией. Здесь неоце-
нимую помощь оказывает информация, получаемая с помощью метеорологических спут-
ников Земли [18].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Современная структура авиационной охраны лесов от пожаров и ее задачи.
2. Сущность геоинформационной системы охраны лесов от пожаров.
3. Организация авиапатрулирования лесов при охране их от пожаров.
4. Функции парашютно-десантной службы авиалесоохраны.
5. Организация воздушного контроля за действующими лесными пожарами.
6. Методы тушения лесных пожаров с применением самолетов, вертолетов
для сбрасывания огнегасящих жидкостей или с помощью вызывания искусст-
венных осадков.
365
ГЛАВА 15. ПРИМЕНЕНИЕ АВИАЦИИ В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
За прошедший период с начала применения авиации в лесном хозяй-
стве в 20-х годах прошлого столетия на различных этапах развития лес-
ного комплекса страны она находила и находит постоянное или перио-
дическое (при необходимости и наличии экономических возможностей)
применение при решении различных задач, среди которых, кроме охра-
ны лесов от пожаров, авиахимборьба и регулирование состава молодня-
ков, аэросев лесных семян, учет охотничьей фауны, обследование и
проектирование лесовозных транспортных путей, обслуживание лесо-
сплава как средства транспорта и связи.
15.1. Авиационно-химическая борьба с вредителями леса
Авиационно-химическая борьба (авиахимборьба) с вредными насе-
комыми занимает одно из основных мест в системе лесозащитных ме-
роприятий; ее широко применяют в борьбе со многими хвое- и листо-
грызущими насекомыми: сибирским шелкопрядом, восточным, майским
и другими хрущами, желудевым долгоносиком, сосновым подкорным
клопом, сосновым побеговьюном, вредителями семян хвойных пород и
др. Применение авиации позволяет охватить большие площади, в том
числе районы, недоступные для наземных технических средств. Этот
метод борьбы заключается в опрыскивании и опыливании с помощью
специальной аппаратуры, установленной на самолетах Ан-2, Ан-2М или
вертолетах Ми-2, Ка-15 и Ка-26 и др. (рис. 15.1 и 15.2). Применяют раз-
ные химические и бактериальные препараты в виде растворов, эмуль-
сий, суспензий, порошков, паст и гранул в зависимости от биологиче-
ских особенностей вредных насекомых, характера насаждений, сани-
тарных, метеорологических и других условий. Предварительно лесохо-
зяйственные предприятия составляют проект авиахимборьбы (специ-
ально оборудованные самолеты и вертолеты с подготовленными экипа-
жами выделяются на договорных условиях).
Подготовительные мероприятия. После рассмотрения и утвер-
ждения проекта авиахимборьбы в первую очередь выбирают место для
рабочего аэродрома и выполняют работы по его оборудованию. Можно
использовать постоянные аэродромы гражданской авиации или других ведомств, а также
временные, оборудованные на естественных пастбищах, лугах, залежах, нераспаханных
площадях из-под зерновых культур или занятых посевами многолетних трав на хорошо
дренированных почвах. Аэродромы максимально приближают к обрабатываемым насаж-
дениям и, как правило, устраивают не далее чем в 10 км от них, а также вблизи населен-
ных пунктов, источников водоснабжения и дорог. Оборудование аэродрома и последую-
щие работы выполняют в соответствии с действующими руководящими материалами.
366
Рис. 15.1. Схема установки опыливателя и его пневмоуправления на самолете Ан-2:
1 - патрубки загрузочные; 2 - ветряк; 3 - пневмоцилиндр тормоза ветряка; 4 - бак для
химикатов; 5 - рыхлители; 6 - распылитель туннельный; 7 - разъем штепсельный;
8 - пневмоцилиндры заслонок; 9 - горловина дозирующая; 10- клапан редукционный;
11 - баллон сжатого воздуха; 12 - пульт управления аппаратурой; 13 - автомат защиты
сети АЗС-5; 14 - лампа сигнализации закрытия заслонок (зеленая); 15 - ручка включения
пневмокрана; 16 - лампа сигнализации открытия заслонок (красная); 17 - трубопровод
пневмосистемы; 18 -манометр
Рис. 15.2. Схема размещения опыливателей на вертолете Ми-2:
1 - бак опыливателя; 2 - вентилятор; 3 - распылитель; 4 - вал рыхлителей; 5 - втулка
сцепления вала рыхлителей с редуктором привода; 6 - люк для загрузки препарата
367
Подготовка насаждений к авиаобработке. Большую и неоднород-
ную площадь, подлежащую обработке, разбивают на однородные (рабо-
чие) участки с учетом высоты древостоев, рельефа местности и др.; сту-
пенчатость полога на одном участке не должна превышать 3 м. В один
участок включают насаждения, одинаковые или близкие по степени
заселенности вредителями; в горных условиях учитывают крутизну и
направление склонов. Рабочие участки выделяют по возможности пря-
моугольной формы, чтобы длина была равна длине гона, а ширина -
кратна ширине полосы, обрабатываемой за один взлет (загрузку). При
отсутствии четко выраженных ориентиров (просек, дорог и пр.) грани-
цы рабочих участков отграничивают в натуре по сторонам специально
прокладываемыми визирами, а по углам обозначают постоянными фла-
гами или дымовыми кострами.
Самолет обрабатывает лес в прямолинейных полетах. Длина гона
определяется видимостью наземных сигналов и составляет при радио-
ракетной сигнализации 3-4 км, флажной 2, шаропилотной - 1,5 км. При
подготовке участков следует стремиться к предельной длине гона, так
как это повышает эффективность. Направление полета против Солнца и
под углом к нему менее 45° на самолетах и 30° на вертолетах не допус-
кается. В условиях горного рельефа рабочие участки располагают так,
чтобы полеты можно было выполнять по линиям горизонталей вдоль
хребтов. В пределах обрабатываемой площади все препятствия, ограни-
чивающие полеты (линии связи и электропередач и пр.), обозначают
предупредительными знаками, в качестве которых используют флаги
красного или другого цвета, отличного от флагов, используемых для
производственной сигнализации.
При авиахимборьбе необходима наземная сигнализация, поэтому на
каждом рабочем участке обычно намечают две линии сигналов (пике-
тажа), проходящие по двум противоположным границам участка. Ино-
гда для увеличения длины гона устанавливают промежуточные сигна-
лы, тогда прокладывают три линии сигналов. Каждую из них разбивают
на участки, равные ширине рабочего захвата самолета или вертолета.
Места стоянки сигнальщиков при переносной сигнализации отмечают
колышками, а при постоянной - это деревья, на которых закрепляют
сигналы, обозначают затесками. Пункты стоянки сигнальщиков или
постановки сигналов нумеруют, начиная от границы участка. Предвари-
тельно, до начала работ, подготавливают средства сигнализации, под-
бирают места и закладывают учетные пункты для определения смертно-
сти вредителей в результате авиахимической борьбы.
Авиационная обработка насаждений. Руководитель работ определяет
задачи и обязанности каждого участника, знакомит всех с правилами
368
техники безопасности и мерами предосторожности при работе с инсек-
тицидами (биопрепаратами), организует пожарно-сторожевую воору-
женную охрану самолетов, инсектицидов (биопрепаратов) и других ма-
териалов и имущества, налаживает телефонную или радиосвязь между
аэродромом, обрабатываемым участком и самолетом (вертолетом), на-
ходящимся в воздухе. Технический руководитель авиахимработ контро-
лирует качество авиаобработок и ежедневно отмечает на карте-схеме
обработанные участки, их площадь, расход препарата, число полетов,
время обработки и условия погоды.
Самолет (вертолет) загружают сыпучими и жидкими препаратами,
используя механические средства (загрузчики, мотопомпы и пр.). Рабо-
чие растворы приготовляют непосредственно перед применением в за-
крытых емкостях с механическим перемешиванием, обеспечивающих
разовую загрузку: не менее 1500 л при использовании самолета Ан-2,
ЮООл-вертолетов Ми-2 и Ка-26, 500 л-вертолета Ка-15.
Потребность в препаратах и растворителях определяют по форму-
лам:
Qn ~ Qpjtt/Kib Qp ~ брж ~ Qn»
где Qp^ - объем рабочей жидкости; Qn, Кп - объем и концентрация
заводского препарата; Qp- объем растворителя.
Для обеспечения высокой эффективности и безопасности работ не-
обходимо соблюдать заданную норму расхода препаратов на единицу
площади. Для этого специальную аппаратуру самолетов (вертолетов)
устанавливают на строго дозированный секундный выпуск (расход) сы-
пучих или жидких инсектицидов с учетом ширины захвата и скорости
полета. Секундный выпуск определяют по формуле:
Рс = НШС/10000,
где Н - норма расхода инсектицида, кг/с, л/с; Ш - ширина рабочего
захвата, С - скорость самолета (вертолета), м/с.
Экипаж самолета (вертолета) устанавливает опыливатель (опрыскиватель) на задан-
ную норму расхода и периодически в течение работы проверяет фактический расход.
Авиационную обработку леса ведут при благоприятных метеорологических условиях
(хорошей видимости и отсутствии ветра), обеспечивающих направленное и равномерное
распыливание препаратов в обрабатываемых насаждениях и безопасность полетов. Как
правило, обработку проводят в ранее утреннее (до 8-9 ч) и вечернее (после 17-18 ч) время,
когда над пологом насаждений наблюдаются нисходящие потоки, втягивающие волну
препаратов в кроны деревьев. Допустимая скорость ветра при опыливании до 2 м/с, при
опрыскивании 3-4 м/с. В этих условиях выпускаемая волна препаратов равномерно оседа-
ет на кроны деревьев. При большем ветре и восходящих потоках воздуха леса не опыли-
вают и не опрыскивают, так как воздушные потоки могут разорвать выпускаемую волну,
отнести в сторону или вверх. Работу прекращают, как только ветер усиливается, и возоб-
новляют, когда он утихает. При боковом ветре обработку участка начинают с подветрен-
ной стороны. Для следующих заходов самолет и сигнальщики перемещаются против вет-
ра, чтобы не попасть в волну препарата.
369
Не рекомендуется проводить опыливание, если через 6 - 10 ч ожидаются обильные
осадки. Выпавшие перед опыливанием роса или мелкий моросящий дождь, капли которо-
го не стекают с хвои (листьев), не являются помехой для обработки, а наоборот усиливают
прилипаемость препарата. Опрыскивание непосредственно после дождя или обильной
росы проводить также не рекомендуется. Дождь, начавшийся после опрыскивания, осо-
бенно масляными растворами и эмульсиями, мало влияет на эффективность обработки.
В равнинной местности полеты выполняют на высоте Юм над кро-
нами деревьев, в условиях пересеченного и горного рельефа в целях
безопасности допускается увеличение высоты до 30 м при опыливании
и 40 м при опрыскивании.
Ширина рабочего захвата зависит в основном от типа самолета (вер-
толета) и конструкции специальной аппаратуры, высоты полета, спосо-
ба обработки, физических свойств и норм расхода инсектицидов (био-
препаратов), метеорологических условий. При высоте полета 10 м над
пологом леса туннельный опыливатель самолета Ан-2 обеспечивает
максимальную ширину полосы захвата 50 м, на легких вертолетах -30 м.
Для штангового опрыскивателя самолета Ан-2 максимальная ширина
полосы захвата 40 м, вертолетов Ми-2 и Ка-15 - 25 м. Ширину рабочего
захвата устанавливают с таким расчетом, чтобы опорожнение бака за-
канчивалось на границе участка, а не среди гона. Для расчетов исполь-
зуют формулы
Шо = (Г10000)/(НД); Ч = ШД/Z,
где Шо - общая ширина рабочего захвата за один полет, м; Г - воз-
можная разовая загрузка самолета или вертолета, кг, л; Д - длина гона,
км; Ч - число заходов самолета или вертолета за один полет.
Обработку ведут различными способами (рис. 15.3). Наиболее рас-
пространенный из них челночный: обрабатываемый участок покрывают
параллельными последовательными заходами самолета (вертолета) в
одном и другом направлениях. Параллельность заходов и обрабатывае-
мых полос достигается благодаря сигналам, подаваемым с противопо-
ложных границ участка. В начале гона пилот включает аппаратуру и в
конце выключает. Загонный способ применяют для обработки широких
участков (не менее 1200 м) самолетом Ан-2: он требует двойного числа
сигнальщиков. При этом способе подлежащий обработке участок делят
по ширине на две равные части, называемые загонами. Каждый из них
обеспечивают парой сигналов, которые после очередного захода само-
лета (вертолета) передвигают на определенное расстояние в сторону
необработанных частей загона: первую пару - от внешней стороны уча-
стка к середине, вторую - от середины к противоположному краю.
Если обработке подлежат несколько участков, их обрабатывают за
один полет, при котором делают не стандартные развороты, а лишь до-
вороты (рис. 15.4). Одновременная обработка нескольких участков целе-
370
сообразна в случае их близкого расположения друг к другу, когда время
на перелет от участка к участку меньше, чем при разворотах от одного
гона к другому.
Рис. 15.3. Схема авиахимобработки лесов: а - челночным, б - загонным способами
Рис. 15.4. Примерная схема обработки двух участков, расположенных: а - в одну линию,
б - под углом
371
Средства и способы сигнализации. При авиахимборьбе применяют
переносную или постоянную сигнализацию. Первая менее трудоемка,
обеспечивает наибольшую точность полетов и равномерную обработку
насаждений. При переносной сигнализации используют флаги, шары-
пилоты, дымовые или цветные ракеты, при постоянной - флаги и дымо-
вые костры.
При переносной сигнализации и челночном способе обработки в со-
став бригады сигнальщиков входят бригадир и четверо рабочих-
сигнальщиков, по два на каждой линии пикетажа (1-й и 2-й номера).
Перед началом работ одна пара сигнальщиков занимает точки пикетажа,
соответствующие створу первого гона. Вторая пара сигнальщиков за-
нимает соседние точки и выставляет свои сигналы, как только самолет
(вертолет) пролетит над первыми сигналами. В это время первая пара
сигнальщиков, обойдя вторую, переходит на следующие (третьи) точки
и т. д. В высоких насаждениях, где применяют тяжелые флажные сигна-
лы, бригада может быть увеличена. При постоянной сигнализации сиг-
налы выставляют, как правило, через гон, флаги устанавливают до на-
чала обработки участка, а сигнализацию осуществляет бригада сиг-
нальщиков. Сигнальщики во время работы поддерживают постоянную
радиосвязь с командиром самолета (вертолета).
После проведения авиахимической обработки леса производится
оценка ее эффективности. В этих целях по обще принятой методике
лесопатологических служб определяется на учетных пунктах соотноше-
ние живых и погибших личинок. При гибели личинок свыше 95 % об-
щего числа эффективность считают хорошей, 90-95 % - удовлетвори-
тельной. Применяются способы учетных площадок, контрольных ящи-
ков, марлевых пологов и др.
Все работы, связанные с проведением авиахимической обработки
насаждений и использованием инсектицидов и биопрепаратов, должны
проводиться при соблюдении правил по технике безопасности и в пол-
ном соответствии с санитарными правилами. Работающих с инсектици-
дами и биопрепаратами обеспечивают спецодеждой, индивидуальными
средствами защиты и набором медикаментов, постоянным медицинским
контролем.
15.2. Регулирование состава молодняков
Уход за составом в смешанных насаждениях, когда малоценные
мягколиственные породы заглушают возобновление хвойных пород,
может осуществляться с применением избирательных арборицидов,
оказывающих токсическое воздействие на нежелательные растения и не
влияющие на ценные, обычно хвойные, породы. Поэтому с помощью
химической обработки можно регулировать состав молодняков. Подбо-
372
ром арборицидов, их дозировки и времени проведения можно достичь
создания не только чистых хвойных молодняков, но и смешанных нуж-
ного состава без нанесения существенного отрицательного воздействия
экологии. Дозировку раствора арборицида устанавливают с учетом состава,
возраста, состояния молодняков, наличия деревьев старшего возраста.
Наиболее эффективного применения химических методов регулиро-
вания состава молодняков в таежных районах страны можно достичь
применением для этого авиационных средств. Техника выполнения
авиахимического ухода не имеет принципиальных отличий от техники
проведения авиахимической борьбы с вредителями и болезнями леса.
Для ухода подбирают смешанные молодняки с преобладанием мягколи-
ственных пород I-И классов возраста (в осинниках - до 10 лет), в кото-
рых хвойные породы, заглушаемые лиственными, насчитывают не ме-
нее 1,5-2 тыс. шт./га, равномерно размещены по площади и имеют вы-
соту более 0,5 м. Химическую обработку проводят после появления
верхушечных почек и одревеснения побегов у хвойных пород, но до
формирования таких почек у лиственных. В таежной зоне такой период
наступает в конце июля - начале августа. В год химического опрыски-
вания на обработанных участках запрещается пастьба скота, сбор гри-
бов, ягод, сенокошение в течение двух недель после опрыскивания, а
также содержание пчелиных пасек ближе 5-6 км[7, 14].
15.3. Аэросев
В третьей четверти прошлого столетия широко применялся аэросев семян древесных
пород на площадях свежих (до появления поросли лиственных пород и густого травяного
покрова) концентрированных вырубок и крупных гарях в таежной зоне России в целях
обеспечения восстановления на них ценных хвойных древесных пород и облесения и
закрепления песков в республиках Средней Азии бывшего СССР. Аэросев может приме-
няться и в настоящее время.
Для аэросева применяют легкомоторные самолеты и вертолеты, на которых устанав-
ливают разные типы высевающих аппаратов (опыливателей - аэросеялок с микродози-
ровщиками) с загрузкой семян от 100 до 750 кг.
На территории, назначенной под аэросев, обозначаются границы участков и полосы
залета шириной 20-30 м специальными флагами, закрепленными на длинных шестах или
вершинах деревьев. Расстояние между флагами по линии полета - до 500 м. Самолет или
вертолет летит вдоль полосы, выделенной флагами, и производит сев семян. Иногда при-
меняют прерывисто - полосный (площадками вдоль полосы) способ сева, при котором
семена в пределах полосы рассеивают на ее отрезках длиной около 20 м с такими же ин-
тервалами между ними. На тех вырубках и гарях, где ожидается хорошее естественное
возобновление ценными лиственными породами, иногда применяли ленточный аэросев с
удвоенной шириной полосы захвата без увеличения нормы высева семян.
Обычно аэросев семян хвойных проводят в период весеннего снеготаяния или сразу
после схода снежного покрова, когда почва еще достаточно увлажнена, утром или вече-
ром при скорости ветра не более 5 м/с с высоты 30-35 м, но не ниже 10 м над вершинами
деревьев. Семена готовят к аэросеву, протравливают их специальными химикатами для
373
повышения всхожести и предохранения от заражения болезнями. Норма высева семян на
гарях - 1,5-2 кг/га, на вырубках - 2-2,5 кг/га.
Работники лесного хозяйства контролируют качество аэросева во время его проведе-
ния. Для этого поперек участка (вырубки, гари) в начале, середине и конце его заклады-
вают специальные учетные площадки, расстилая на них полотнища длиной не менее 20 м
и шириной 0,5-1 м, которые размечают на метровые площадки. Вместо полотнищ могут
быть использованы специальные ящики размером 1x1 м и глубиной до 15 см с полотня-
ным дном. При аэросеве на снег семена учитывают прямо на снежных площадках разме-
ром 1x1 м. При нормальном аэросеве количество семян на каждой площадке должно быть
не менее 20-30 шт. О результативности аэросева судят обычно в конце второго вегетаци-
онного периода. Результаты считаются удовлетворительными, если количество двухлет-
них сеянцев хвойных пород не менее 10 тыс./га [7, 14].
15.4. Учет охотничьей фауны и организация охотничьего хозяйства
Для организации и ведения рационального охотничьего хозяйства,
поддержания численности зверей и птиц, являющихся объектами охоты,
на оптимальном уровне необходимо знать численность и территориаль-
ное размещение охотничьей фауны, а также иметь достаточно полную
информацию о кормовых возможностях и условиях обитания зверей и
птиц. В этих целях проводят цикл работ по охотоустройству, в задачи
которого входят обследование и картографирование охотничьих и кор-
мовых угодий, учет зверей и птиц. Выполняют эти работы или назем-
ными методами, или с применением авиации. В обоих случаях при об-
следованиях используют, как правило, материалы аэро- или космиче-
ской съемки.
Учет охотничьей фауны (лосей, оленей, сайгаков, кабанов, медведей,
волков, морских котиков, бобров, лисиц, песцов, гусей и др.) при ис-
пользовании авиации производят с легкомоторных самолетов или вер-
толетов, которые идут, как правило, параллельными маршрутами на
расстоянии 200-300 м друг от друга при высоте полета 100-150 м. С та-
кой высоты хорошо просматриваются детали местности, вид и число
животных и птиц. Время и сезон обследований выбирают исходя из ха-
рактера местности, вида животных или птиц и их образа жизни. Так,
например, учет численности и территориальное размещение лосей це-
лесообразно проводить зимой в утренние часы, когда они кормятся и
хорошо видны. В другое время лоси могут отдыхать в кустарниках,
мелколесье или в хвойном лесу под кронами деревьев и их нельзя будет
увидеть. Исходя из вида учитываемого животного выбираются не толь-
ко сезон и время обследования, но и схема размещения маршрутов по-
лета воздушных судов. Так, при учете численности бобров маршруты
полетов могут быть приурочены к гидрографической сети.
При учете численности крупных животных определенный объем до-
полнительной информации могут предоставить материалы крупномас-
штабной (с разрешением в несколько см) аэрофото - или телевизионной
374
съемки. Здесь, пожалуй, предпочтение должно быть отдано телевизион-
ной съемке, которая может вестись по маршруту полета и оперативно
документировать факт и место обнаружения учитываемого животного.
На телевизионных снимках могут быть отображены как крупные, так и
средние животные и даже крупные птицы (гуси, лебеди). Определенную
перспективу для учета крупных животных может иметь тепловая съем-
ка, как с воздушных, так и космических носителей. Однако этот вопрос
можно пока оценивать лишь теоретически.
Обследование территории для целей картографирования охотничьих
угодий и организации охотничьего хозяйства при использовании авиа-
ции проводят по методологии, принятой при аэротаксации лесов. При
аэрообследовании помимо основных таксационных характеристик оп-
ределяются дополнительные показатели, позволяющие охарактеризо-
вать вид угодий и дать ему качественную оценку по специально разра-
ботанной шкале.
Однако наибольший эффект при картографировании охотничьих
угодий на больших территориях достигается при комплексном исполь-
зовании материалов аэро- или космических съемок, авиации и некото-
рого объема наземных работ. Современные материалы дистанционных
съемок и методы дешифрирования позволяют с высокой точностью вы-
делять: природно-территориальные комплексы различных рангов
(ландшафты, местности, урочища, фации); покрытые лесом земли с
подразделением их по группам преобладающих пород, типов условий
местопроизрастания, полнот, возраста; не покрытые лесом и нелесные
земли с разграничением их по основным категориям земель. Л именно
эти данные положены в основу выделения, систематизации и характе-
ристики охотничьих угодий. Дополнение данных дешифрирования аэ-
рокосмических снимков материалами наземных обследований на клю-
чевых участках (маршрутах), а при необходимости и уточнение резуль-
татов дешифрирования на основе выборочного аэровизуального обсле-
дования позволяет получить доброкачественные материалы по охот-
ничьему устройству территории [7.14].
15.5. Обследование транспортных путей и обслуживание
лесосплава
Изыскание путей транспорта леса. При освоении лесных массивов таежной зоны
лесозаготовителям необходима система транспортных путей, которая позволила бы ос-
ваивать территорию с учетом рационального размещения мест рубок, исходя из лесово-
дственных и экономических требований, предъявляемых к рубкам главного пользования.
При этом в условиях долгосрочной аренды (50 лет и более) или концессии арендатор
(концессионер) должен вести и цикл лесохозяйственных работ (лесовосстановление, уход
за лесом, охрана и защита леса). Поэтому до начала освоения лесных массивов произво-
375
дится выбор и проектирование трасс транспортных путей, которые должны строиться по
мере освоения лесов.
При выборе и проектировании путей транспорта используются различные материалы:
топографические карты, картографические и таксационные материалы лесоинвентариза-
ции, аэрокосмические изображения, данные наземных обследований и изысканий. Иногда
в целях проверки и уточнения направлений, намечаемых по имеющимся картографиче-
ским материалам и аэрокосмическим изображениям трасс транспортных путей, проводят
аэровизуальное обследование. В процессе аэровизуального обследования оценивается
выбранный вариант намечаемых трасс транспортных путей с учетом структуры рельефа,
характеристики почвенных условий, расположения массивов лесов эксплуатационного
фонда. В случае сопровождения аэровизуального обследования крупномасштабной теле-
визионной съемкой проектировщики получают дополнительный материал, характери-
зующий выбранную трассу. На основании аэровизуального обследования принимается
окончательный наиболее целесообразный вариант трасс транспортных путей. Последую-
щие работы по дешифрированию аэрокосмических снимков и наземные изыскания вы-
полняют в объемах, необходимых для проектирования путей транспорта. Дешифрирова-
ние выполняется стерефотограмметрическими методами с привлечением всего комплекса
имеющихся материалов, характеризующих структуру рельефа, гидрографию, почво-
грунтовые условия, земель лесного фонда и произрастающих насаждений. Для изыскания
путей транспорта перспективно применение радиолокационных снимков, на которых
подчеркивается рельеф местности, надежнее распознаются почвы и их влажность. При
рекогносцировочных полетах целесообразно в качестве абриса использовать космический
снимок высокого пространственного разрешения.
В случаях, когда предполагается использование рек для сплава леса в плотах или мо-
лем (хотя молевой сплав в настоящее время по экологическим соображениям ограничен),
очень эффективным является обследование рек с легкомоторных самолетов или вертоле-
тов при сопровождении в целях документирования его результатов крупномасштабной
телевизионной съемкой. Аэровизуальное обследование позволяет получить данные, ха-
рактеризующие реки и территорию, по которой они протекают, выявить примерный объем
мелиоративных и других работ. Аэровизуальное обследование рек в данных целях прово-
дят специалист по водному транспорту и аэротаксатор с высоты до 300 м при условиях
хорошей видимости и отсутствии сильных горизонтальных и вертикальных воздушных
течений. Маршрут полета прокладывают обычно вдоль правого берега реки на расстоянии
от него примерно равном высоте полета. Аэротаксатор выполняет роль авианавигатора,
обеспечивая ориентирование в полете и описание, при необходимости, прилегающих к
реке лесов; специалист по водному транспорту составляет характеристику реки и оцени-
вает ее пригодность к сплаву древесины и предстоящий примерный объем мелиоративных
работ. Использование аэрофотоснимков позволяет составлять более подробное описание
русла реки, ее берегов, поймы. Эти работы выполняют в дополнение к наземным изыска-
ниям или в качестве самостоятельного вида работ в зависимости от заданной степени
точности результата.
Обслуживание лесосплава. Во второй-третьей четвертях прошлого столетия широко
практиковался сплав заготовленной древесины молем, а также в плотах по рекам во мно-
гих районах лесной зоны. Организация сплава древесины предусматривает наблюдения за
организацией сплава и прохождения древесины на всем протяжении от места сброса
древесины в реку до места ее приплава (до запаней). Необходим учет вывезенной к сплав-
ным рекам (местам сброса) заготовленной древесины, слежение за состоянием снеготая-
ния и ледоходом, паводком, сбросом древесины в реки, прохождением ее к запаням, поиск
и учет аварийной древесины с определением возможных мест для ее сушки, прогнозиро-
вание возможных мест заломов и заторов, контроль за формированием сплавленной дре-
весины в плоты и прохождением плотов с древесиной по водным магистралям к месту
376
назначения. Нужна также доставка людей, запасных частей, инструментов и механизмов к
аварийным местам и выполнение ряда других работ.
Все перечисленные задачи наиболее эффективно решались с помощью авиации на
протяжении всего навигационного сезона. Для каждого самолета (вертолета) намечают
определенные задачи и обслуживаемую территорию. Обслуживая сложную речную сис-
тему с притоками, при необходимости привлекают несколько бортов, строго разграничи-
вая участки работ между ними.
Наблюдения за лесосплавом вели специально подготовленный летчик-наблюдатель
или специалист по лесосплаву с высоты полета от 100 до 300 м. Результаты наблюдений
наносили на карту и в бланки донесения. Срочные донесения или распоряжения по вопро-
сам организации или хода сплавных работ передают по радио или с помощью сбрасывае-
мых вымпелов.
Авиационные средства широко использовались для доставки людей, грузов, в том
числе строительных элементов плотин и других мелиоративных сооружений, для монтажа
крупноблочных лесосплавных плотин, разрушения снежно-ледяного покрова и заторов с
помощью различных средств (радиационно-химических, взрывательных устройств и др.).
Все это способствовало ускорению сплава леса, снижению потерь древесины и затрат
труда и средств на выполнение цикла лесосплавных работ [7, 14].
15.6. Использование авиации для транспорта и связи
В России накоплен большой опыт эффективного применения авиации в лесном ком-
плексе страны в качестве средств транспорта и связи. Доставка к месту пожаров людей и
средств пожаротушения; транспортировка лесоустроителей и грузов лесоустроительных
партий к месту полевых работ в таежных районах; перевозка людей, технических средств,
продовольствия и других грузов к месту лесных работ в условиях бездорожья, в том числе
при проведении лесозаготовок вахтовым методом; трелевка ценной древесины в горных
районах; доставка охотников и продовольствия в отдаленные охотничьи угодья и вывозка
их с пушниной и мясом диких животных; транспортное обслуживание заготовителей
орехов, других пищевых ресурсов, технического и лекарственного сырья; санитарное
обслуживание работающего в лесу контингента; выполнение почтовых и связных услуг -
вот далеко не полный перечень работ, при которых авиация, преимущественно вертолеты,
используется в качестве транспортного средства. Применение авиации повышает эффек-
тивность лесохозяйственных, лесоустроительных, лесозаготовительных и иных работ. В
ряде случаев без применения авиации выполнение отдельных видов работ было бы просто
невозможно.
Транспортировка людей и грузов выполняется в полном соответствии с техническими
требованиями гражданской авиации, и работники лесного хозяйства, использующие авиа-
цию в качестве транспортных средств, должны знать их и неукоснительно выполнять. В
целях сокращения затрат летного времени работниками лесного хозяйства, лесоустроите-
лями, лесозаготовителями готовятся временные аэродромы или вертолетные площадки
как в местах, откуда производится транспортировка людей и грузов, так и в пунктах дос-
тавки их. При этом стремятся максимально сократить маршруты полета авиации за счет
приближения временных аэродромов и вертолетных площадок к месту работ. Высадка
людей и выгрузка легкогабаритных грузов с вертолетов может выполняться и в режиме
зависания на высоте нескольких десятков см (до 1 -1,5 м) от поверхности земли на выруб-
ках, прогалинах, болотах, песчаных косах и других категориях не покрытых лесом и не-
лесных земель при отсутствии в зоне подлета и месте зависания деревьев и высоких кус-
тарников. Все лица, которые занимаются транспортировкой грузов и находятся на борту
воздушного судна, проходят соответствующий инструктаж по технике безопасности и
несут административную и уголовную ответственность за их невыполнение.
377
Специфические особенности имеет транспортировка (трелевка) дре-
весины с помощью вертолета. Обычно вертолетная трелевка применяет-
ся в горных условиях или других не доступных для наземных средств
трелевки местах при котловинных (двух - четырех приемных) или узко-
лесосечных сплошных рубках. В России накоплен определенный опыт
трелевки с помощью вертолетов буковой древесины, заготовленной в
горных районах Кавказа. Данный метод позволяет извлекать из насаж-
дений древесину, не нарушая существенно почвенный покров и предот-
вращая эрозионные процессы, сохраняя подрост, подлесок и лесную
среду в целом. Особенно эффективно с лесоводственной точки зрения
применение вертолетов для трелевки деревьев без их повала, хотя в
последние годы при вертолетной трелевке транспортировали раскряже-
ванную на сортименты древесину.
В состав лесосечных работ входят подготовительные - устройство
грузовых и посадочных площадок, подготовка лесосек и пешеходных
тропинок, установка предупредительных знаков, обустройство места
работы; основные - валка и очистка деревьев от сучьев, обмер и рас-
кряжевка хлыстов, маркировка древесины, чокеровка и прицепка древе-
сины к внешней подвеске вертолета, транспортировка древесины с ле-
сосеки на грузовую площадку (расположена в доступном для транс-
портных средств месте), отцепка ее, работа на грузовой площадке и
очистка мест рубок.
Суть метода в следующем. Вертолет зависает над земной поверхно-
стью или пологом леса и спускает трелевочный канат с крюком, к кото-
рому крепят чокеры, заранее закрепленные на сортиментах, хлыстах
(или стоящих подпиленных деревьях с кронами). Вертолет перевозит на
гибкой подвеске груз на грузовую площадку (склад) или непосредст-
венно потребителю. Трелевочный цикл состоит из полета от грузовой
площадки к месту заготовки древесины, зависания над ним, прицепки
чокера к крюку спускаемого с вертолета грузосборочного каната (тро-
са), возвращения на склад, опускания груза и автоматического освобож-
дения от него. Между рабочими на земле и экипажем вертолета обяза-
тельно наличие двухсторонней радиосвязи. В случае транспортировки
деревьев с кронами без их повала после прикрепления чокера, закреп-
ленного на дереве, к крюку грузосборочного каната производится отде-
ление подпиленного дерева бензопилой или взрывным способом.
Лесосечные работы выполняет комплексная бригада, состоящая
обычно из трех звеньев. Первое звено производит рубку деревьев, их
раскряжевку и маркировку с определением массы бревен (хлыстов), а
также очистку лесосеки, второе - чокеровку и прицепку древесины к
378
внешней подвеске вертолета, третье - комплекс работ на грузовой пло-
щадке.
Бригада рабочих и чокеры транспортируются к месту заготовки дре-
весины обычно также вертолетами. Для этой цели наиболее подходя-
щими являются малые (легкомоторные) вертолеты. Для трелевки же
древесины требуются тяжелые вертолеты-краны, обладающие доста-
точной грузоподъемностью, такие, как Ми-6, коммерческая загрузка
которого составляет (по нормативам) 12 т.
Трелевка древесины вертолетами требует значительных финансовых
затрат. Поэтому прежде, чем ее применять, составляют технико-
экономическое обоснование, из которого видно, что с экономической
точки зрения она оправдана, и полученная древесина по стоимости не
будет превышать ее цены на внутреннем и внешнем рынках. В связи с
высокими затратами при вертолетной трелевке стремятся до минимума
сократить затраты на операции по закрепления груза на лесосеке и его
приемке на грузовой площадке (складе). Расстояние трелевки не должно
быть более 1-2 км. В ее процессе большое внимание уделяется строго-
му выполнению техники безопасности и тщательно подготовленных
операций при выполнении работ на всех этапах. Во время нахождения
вертолета в зоне лесосеки не допускается присутствие на ней кого-либо,
кроме рабочих звена, ответственных за чокеровку и прицепку древеси-
ны к подвеске вертолета.
Авиацию используют и как средство связи. Например, при обнаружении лесного по-
жара летчики-наблюдатели сбрасывают в лесхоз, лесничество или на кордон леснику
вымпел с сообщением о месте и масштабе пожара. С помощью авиации доставляют и
почту [7,14].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Сущность технологии применения авиации для авиахимической борьбы с
насекомыми - вредителями.
2. Особенности применения авиации для аэросева лесных семян и регули-
рования состава молодняков.
3. Принципиальная методология применения авиации для учета охотничьей
фауны.
4. Сущность методологии применения авиации для обследования и проек-
тирования лесовозных транспортных путей, обслуживания лесосплава, транс-
портировки древесины.
379
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Агапов С.В. Фотограмметрия сканерных снимков. - М.: Картгео-
центр - Геодезиздат, 1996. -176 с.
2. Аэрокосмические методы в охране природы и в лесном хозяйстве/
В.И.Сухих, С.Г. Синицын, Ю.С., Апостолов и др.- М.: Лесная промыш-
ленность, 1979. - 288 с.
3. Аэрокосмический мониторинг лесов /А.С. Исаев, В.И. Сухих,
Е.Н. Калашников и др. - М.: Наука, 1991. - 241с.
4. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного
зондирования Земли. - М.: Изд-во А и Б, 1997. - 296 с.
5. Данилин И.М. Морфологическая структура и продуктивность дре-
востоев Сибири, дистанционные методы таксации. Диссертация на со-
искание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук. Красно-
ярск, 2003, 537 с. (рукопись).
6. Данюлис Е.П., Жирин В.М., Сухих В.И., Эльман Р.И. Дистанцион-
ное зондирование в лесном хозяйстве.- М.: Агропромиздат, 1989.-223 с.
7. Дмитриев И.Д., Мурахтанов Е.С., Сухих В.И. Лесная аэрофото-
съемка и авиация.- М.: В.О. Агропромиздат, 1989. - 366 с.
8. Кашкин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондирование Земли из
космоса. Цифровая обработка изображений. - М.: Логос, 2001.-264 с.
9. Киенко Ю.П. Введение в космическое природоведение и картогра-
фирование. - М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 1994. - 212 с.
10. Лурье И.К., Косиков А.Г. Теория и практика цифровой обработки
изображений / Дистанционное зондирование и географические инфор-
мационные системы. - М.: Научный мир, 2003. - 176 с.
И. Обиралов А.И., А.Н. Лимонов, Л.А. Гаврилова. Фотограмметрия. -
М.: Колос, 2002. -240 с.
12. Общесоюзные нормативы для таксации лесов/ В.В. Загреев,
В.И. Сухих, А.З. Швиденко и др. - М.: Колос, 1992. -495 с.
13. Савиных В.П., Кучко А.С., Стеценко А.Ф. Аэрокосмическая фото-
съемка.- М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 1997. -378 с.
14. Самойлович Г.Г. Применение аэрофотосъемки и авиации в лесном
хозяйстве. - М.: Лесная промышленность, 1964. - 486 с.
15. Смирнов Л.Е. Аэрокосмические методы географических исследова-
ний. - Л.:Изд-во ЛГУ, 1975. -303 с.
16. Сухих В.И., Гусев Н.Н., Данюлис Е.П. Аэрометоды в лесоустройст-
ве. - М.: Лесная промышленность, 1977. -192 с.
380
17. Сухих В.И., Жирин В.М., Шаталов А.В., Чумаченко С.И. Аэрокос-
мические средства и методы исследования лесных ресурсов на базе ГИС
технологий: Учебное пособие для студентов лесного факультета - Элек-
тронная версия. - М.: МГУЛ, ЦЭПЛ РАН - 1999. - 304 с.
18. Щетинский Е.А. Охрана лесов. - М.: ВНИИЛМ, 2001. -360 с.
19. Flygbildsteknik och fjaranalis. En handbook utgiven av Namnden for
skoglig flygbildsteknik. Tryckindustri AB, Soina, 1980,468 c.
20. Radar. A Multimedia Encyclpedia’ SAR Applications in Forestry and
Environmental Monitoring/ 1995 HGL Inc.All Radar. F Multimedia Ency-
clpedia’ SAR Applications in Forestry and Environmental Monitoring/ 1995
HGL Inc.Allrights reserved. SD.
21. Remote Sensing in Resourse Applications - an Awareness Training
SD.USDA. Forest Service. Remote Sensing Center (RSAC). SD.
381
ПРЕДМЕТНО-АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Авиалесоохрана 344
Автокорреляционная
функция 139
Автоматизированная классифи-
кация 246
Аккомодация 148
Альбедо 14
Анализ главных компонент 237,
241,267
Атмосфера 8, 24
Аэропленка 58
Аэросъемочный самолет 34
Аэрофотоаппарат 43, 52
Аэрофотоснимок 99
Аэрофотосъемка 63
Б
Базис глазной 150
- съемки 63,151
- снимка 63, 151
Бинокулярное зрение 148
в
Вегетационный индекс 231, 267
Вертолет 35, 360
Вертикальный масштаб 109,203
Вуаль 56
Выдержка 47
Высотное обоснование 289
г
Геодезическая основа 289
Геометрическая коррекция 233
Гиростабилизирующая уста-
новка 59
Главная вертикаль 101
- горизонталь 102
Главный луч 99
Горизонтальный аэрофото-
снимок 101, 104
Густота крон 172
д
Деталь яркости 16
Дешифрирование автоматизи-
рованное 143
- автоматическое 142
- аналитическое (визуальное)
142, 197,206
-аэровизуальное 144
- измерительное 142
- интерактивное 143, 243
- камеральное 144
- ландшафтное 118, 206
Дешифрируемость 134
Дешифровочные признаки
-насаждений 188,194
- нелесных земель 195
- не покрытых лесом земель 195
- пожарной обстановки 218
- почвенного покрова 208
- растительного покрова 209
-рельефа 208
Диапазоны спектра 10
Диафрагма 48
Дивергенция 257
Дисторсия 48
Дымка атмосферная 34
382
3
Задымленность 223
Зеленая волна 29
и
Индикатриса рассеяния 117
Интервал яркости 16
Информация извлеченная 134
-оперативная 133
-полная 133
Интервал яркости 16
Информационная емкость 134
Искажения изображений 106
к
Картинная плоскость 99
Карты 289
Качество аэрофотоснимков 66
Классификация форм крон 169
Классификация автоматизиро-
ванная 232,245
Кластер 247,252
Количественное цифровое изо-
бражение 230
Компрессия изображений 237
Контраст пороговый 16
- фотографический 16
- яркостный 14
Контрастирование 237
Контрастность 56
Контролируемая (управляемая)
классификация 246, 249
Коррекция радиометрическая 233
-геометрическая 234
Космические аппараты 41
Коэффициент контрастности 15
- полного отражения 14
- спектральной яркости 15
- яркости 14
Крупномасштабная аэрофото-
съемка 65
Курсовые приборы 36
л
Ландшафт 116
Линии неискаженного
масштаба 102
- главной вертикали 101
м
Масштаб снимка 104
- стереомодели 109, 203
Мелкомасштабная съемка 65
Местность 116
Методы применения ДДЗ при
- гидролесомелиорации 336
- инвентаризации резервных
лесов 282
- лесопатологических
обследованиях 315
-лесоустройстве 270,274,281
- охране лесов от пожаров 334
- оценке порядка лесопользова-
ния 321
- оценке состояния лесовозоб-
новления 327
- оценке состояния полезащит-
ных насаждений 331
- устройстве лесопарков 307
- учете текущих изменений 334
Микрофотометрирование 138
Мира 56
Монокулярное зрение 148
Монтаж фотосхем 296
383
н
Накидной монтаж 66
Наклонный аэроснимок 99
Начальное направление 64,155
Нейрон 254
Нейронные сети 254
Неконтролируемая классифи-
кация 251
Нефотографические съемоч-
ные системы 67
- лазерные 78
- микроволновые 80
- оптико-механические 67
- радиолокационные 81
- телевизионные 74
- цифровые (ПЗС) 71
о
Облачность грозовая 224
-ресурсная 224
Объектив 47
Оптическая ось 99
Оптический контраст 56
Оптическая плотность 53, 120
Орбита ИСЗ 37
Орбитальная станция 42
Ортоскопия 49
Ортофотоплан 291
Острота зрения 148, 149
Относительное отверстие 48
п
Панорамная съемка 45
Параллакс поперечный 155
- продольный 156
- физиологический 149
Перекрытие снимков 63, 66, 151
Пиксель 89
Привязка аэрофотоснимков 234
Плановое обоснование 289
Плановый опознак 289
Плоскость главного вертикала
101
Показатели форм крон 167
Поле изображения 50
Полог насаждений 166
Предварительная обработка
изображений 232
Предметная плоскость 99
Признаки дешифрирования
119,132
Пробная площадь 182
Проекция ортогональная 96
- центральная 96
р
Рабочая площадь АФС 112
Разделимость 256
Размер 125
Размещение 126
Разность параллаксов 157
Разрешающая способность изо-
бражения 49,56
- зрения 148
- объектива 49, 52
- пленки 56, 59
- фотографической системы 52
Разрешение пространственное 88
- временное 91
- радиометрическое 91
Расстояние наилучшего зрения
148
Регистрограмма 198
Рекреационные леса 307
Рисунок изображения 128
с
Самолет аэросъемочный 35
- лесопожарный 345, 349
384
Светофильтры 51
Светочувствительность 54
Сенсибилизация 58
Сдвиг изображения 60
Сенситограмма 55
Сжатие изображений 237
Сигнатуры параметрические 247
- непараметрические 247
Сомкнутость полога 177,186
Спектральная отражательная
способность 18
Спектрометр 23
Спектрометрирование 23
Среднемасштабная аэрофото-
съемка 65
Стереомодель 151
Стереопара 151
Стереоскоп 161
Стереоскопическое зрение 148
Стереоскопический эффект 151
Структура изображения 128
Съемка кадровая 43,45
- космическая 36
- маршрутная 63
- многозональная 54, 70
- многокамерная 44
- однокадровая 63
- однокамерная 44
- панорамная 45
- перспективная 63
- плановая 63
- площадная (сплошная) 63
- щелевая 43
т
Таблица встречаемости 274
Таксационные тренировки 271,275
Текстура изображения 128
Тени собственные 126
- падающие 126
Типичный выдел 183
Тон (цвет) 120
Точка аэрофотоснимка
- главная 99
- надира 100
- нулевых искажений 101
- центральная 99
Трансформирование снимков
234, 289
У
Угол зрения глаза 147
- конвергенции 149
- наклона снимка 103
- поворота снимка 103
- объектива 50
- поля изображения 50
Улучшение изображений 237
Урочище 116
ф
Фация 116
Фенологическое состояние 29
Фокусное расстояние 48, 99
Форма изображения 1 23
Фотоабрис 272
Фотоаппараты 52
Фотографическая бумага 62
Фотографический контраст 16
Фотографический процесс 65
Фотометрирование 137
Фотометрический анализ 137
Фотоплан 291
Фотопленки 58,60
Фотопробы 184
Фотосхема простая 291, 298
385
X
Характеристическая кривая 55
ц
Цифровое изображение 230
Цветочувствительность 55
Центр проекции 99
Цифровая модель рельефа 235,
293
ш
Широкоугольный объектив 50,
52
Широта фотографическая 56
Шкала тонов 121
-цветов 121
э
Электромагнитные волны 10
Элементы взаимного ориенти-
рования снимков 102
я
Яркостный контраст 23
Яркость 14
386
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.......................................................3
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ....................................4
ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНО-ОПТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК........................................8
2.1. Состав и строение атмосферы............................8
2.2. Оптические свойства атмосферы.........................10
2.3. Оптические характеристики природных образований.......14
2.4. Спектральные отражательные свойства лесной растительности
и методы их изучения.......................................18
2.5. Метеорологические условия съемки...................... 24
2.6. Оптимальные сроки проведения аэрокосмических съемок...29
ГЛАВА 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ
СЪЕМОК.......................................................34
3.1. Летательные аппараты, используемые для проведения аэрокосми-
ческих съемок..............................................34
3.1.1. Самолеты и вертолеты.............................34
3.1.2. Космические летательные аппараты.................36
3.2. Технические средства дистанционных съемок.............43
3.2.1. Фотографические средства аэрокосмических съемок..43
3.2.1.1. Аэрофотоаппараты, применяемые при аэро- и космических
съемках...............................................43
3.2.1.2. Фотографические материалы....................54
3.2.1.3. Летно-съемочный процесс аэрофотосъемки.......63
3.2.2. Нефотографические съемочные системы..............67
3.2.2.1. Сканирующие оптико-электронные системы.......67
3.2.2.2. Телевизионные системы........................74
3.2.2.3. Лазерные съемки..............................78
3.2.2.4. Микроволновая съемка.........................80
3.2.2.5. Радиолокационные съемочные системы...........81
3.2.2.6. Обобщенная характеристика съемочной аппаратуры,
установленной на современных искусственных спутниках Земли.86
ГЛАВА 4. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
АЭРО- И КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ..................................96
4.1. Понятие о проекции изображения........................96
4.2. Элементы центральной проекции аэрофотоснимка..........99
4.3. Масштабы снимка......................................104
4.4. Искажения изображений на аэрофотоснимках.............106
4.5. Искажения изображений на космическом снимке..........113
387
ГЛАВА 5. ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ
СВОЙСТВА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ........................116
5.1. Ландшафты и их структура.............................116
5.2. Изобразительные свойства аэрокосмических снимков.....119
5.3. Информационные свойства снимков......................133
5.4. Фотометрический анализ изображений...................137
5.5. Преобразование информации............................140
ГЛАВА 6. ДЕШИФРИРОВАНИЕ АЭРО- И КОСМИЧЕСКИХ
СНИМКОВ.....................................................142
6.1. Объекты и методы лесного дешифрирования..............142
6.2. Исходные положения лесного дешифрирования............145
6.3. Последовательность дешифрирования аэрокосмических снимков..145
6.4. Стереоскопический эффект.............................147
6.5. Стереоскопические измерения по аэрофотоснимкам ......155
6.6. Технические средства, применяемые при дешифрировании
аэрокосмических изображений...............................159
ГЛАВА 7. МОРФОЛОГИЯ ПОЛОГА ДРЕВОСТОЕВ.......................166
7.1. Структура полога насаждений..........................166
7.2. Взаимосвязь сомкнутости полога с полнотой насаждения.177
7.3. Множественные связи между таксационными и дешифровочными
показателями...........................................179
7.4. Методы изучения таксационно-дешифровочных
показателей насаждений....................................181
7.5. Способы определения сомкнутости полога насаждений....185
ГЛАВА 8. ДЕШИФРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ И МЕТОДОЛОГИЯ
ЛЕСНОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ АЭРОФОТОСНИМКОВ......................188
8.1. Дешифровочные признаки насаждений....................188
8.2. Дешифровочные признаки не покрытых лесом и нелесных земель.195
8.3. Аналитико-измерительные методы определения таксационных
показателей насаждений по аэрофотоснимкам.................197
8.4. Выбор масштаба аэрофотосъемки при лесоустройстве.....201
ГЛАВА 9. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ДЕШИФРИРОВАНИЕ
КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ.........................................206
9.1. Особенности лесотаксационного дешифрирования
космических снимков.......................................206
9.2. Дешифровочные признаки и методология дешифрирования
по космическим снимкам лесопожарной обстановки............218
ГЛАВА 10. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.................................230
10.1. Цифровое изображение...............................230
10.2. Предварительная обработка изображений..............232
10.3. Интерактивные методы дешифрирования................243
388
10.4. Методы автоматизированной классификации спутниковых
изображений.........................................................245
10.4.1. Общий подход к классификации цифровых изображений........245
10.4.2. Методы управляемой классификации изображений.............249
10.4.3 Методы неконтролируемой классификации изображений.........251
10.4.4. Классификация на основе искусственных нейронных сетей......254
10.5. Оценка разделимости классов и точности результатов классификации
изображений...........................................................256
10.6. Методология автоматизированной обработки спутниковых
изображений при картографировании и мониторинге лесов................259
10.6.1. Распознавание категорий земель и классов лесных насаждений.259
10.6.2. Выявление изменений в лесах по спутниковым изображениям....263
ГЛАВА 11. ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ
ПРИ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ЛЕСОВ..............................................270
11.1. Применение аэрофотоснимков при таксации лесов наземными
методами..............................................................270
11.2. Инвентаризация лесов на основе сочетания наземной таксации
с камеральным дешифрированием аэрофотоснимков.........................274
11.3. Особенности повторной инвентаризации лесов таежной экстен-
сивной зоны.........................................................281
11.4. Инвентаризация резервных лесов на основе дешифрирования
космических снимков.................................................282
ГЛАВА 12. КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСОВ.....................................289
12.1. Общие понятия о лесной картографии............................289
12.2. Фотосхемы.....................................................296
12.3. Мелкомасштабные тематические карты лесов......................298
ГЛАВА 13. ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПРИ УСТРОЙСТВЕ РЕКРЕАЦИОННЫХ ЛЕСОВ,
В ЛЕСОПАТОЛОГИИ И ПРИ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ОБСЛЕДОВАНИЯХ.........................................................307
13.1. Применение аэроснимков при устройстве рекреационных лесов.....307
13.2. Оценка лесопатологического состояния..........................315
13.3. Авиадесантные лесопатологические обследования.................319
13.4. Оценка порядка лесопользования................................321
13.5. Оценка состояния лесовозобновления............................327
13.6. Оценка состояния полезащитных лесных насаждений...............331
13.7. Выявление и учет текущих изменений в лесном фонде............334
13.8. Применение аэрокосмических методов в гидролесомелиорации.....336
ГЛАВА 14. АВИАЦИОННАЯ ОХРАНА ЛЕСОВ ОТ ПОЖАРОВ.........................344
14.1. Структура, цели и задачи авиационной охраны лесов от пожаров.344
14.2. Геоинформационное обеспечение охраны лесов от пожаров........346
14.3. Авиационное патрулирование лесов.............................349
14.4. Парашютная десантно-пожарная служба..........................355
14.5. Контроль за действующими пожарами............................359
389
14.6. Тушение пожаров сбрасыванием огнетушащей жидкости
с борта воздушного судна........................................360
14.7. Тушение лесных пожаров методом искусственного
вызывания осадков...............................................362
ГЛАВА 1S. ПРИМЕНЕНИЕ АВИАЦИИ В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ....................366
15.1. Авиационно-химическая борьба с вредителями леса...........366
15.2. Регулирование состава молодняков..........................372
15.3. Аэросев...................................................373
15.4. Учет охотничьей фауны и организация охотничьего хозяйства.374
15.5. Обследование транспортных путей и обслуживание лесосплава.375
15.6. Использование авиации для транспорта и связи..............377
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...........................................380
ПРЕДМЕТНО-АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.....................................382
390
Учебное издание
СУХИХ Василий Иванович
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЛЕСНОМ
ХОЗЯЙСТВЕ И ЛАНДШАФТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Учебник
Редактор Л.С.Емелъянова
Компьютерная верстка Л.В.Шебашева,
Д. И. Яковлев, Е.А.Рыбакова
Корректоры Л.С.Журавлева, П.Г.Павловская
Дизайн обложки А.Г.Гуляев, В.Л. Черных
Подписано в печать 23.12.05. Формат 60 х 84/16.
Бумага офсетная. Печать офсетная.
Усл. п. л. 22.8. Уч.-изд. л. 17.8.
Тираж 3000 экз. Заказ № 90. С - 259
Марийский государственный технический университет
424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
Редакционно-издательский центр
Марийского государственного технического университета
424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17
Отпечатано в ООО «Трио»
424002 Йошкар-Ола, ул. Коммунистическая, 31
СУХИХ
Василий Иванович -
доктор сельскохозяйственных
наук, профессор,
действительный член
Российской и международной
инженерных академий,
Российской академии
космонавтики имени
К.Э. Циолковского, Российской
академии естественных наук, Заслуженный лесовод
РСФСР, Лауреат премии правительства России в
области науки и техники. Главный научный сотрудник
Центра по проблемам экологии и продуктивности
лесов РАН, профессор кафедры лесной таксации и
лесоустройства Марийского государственного
технического университета. Автор (соавтор) 15
учебников и монографий и более 200 брошюр,
методических разработок и статей по проблемам
аэрокосмических методов в лесном хозяйстве, лесной
таксации и лесоустройстве.