Дешифрирование лесопокрытых земель.

Оглавление

Лесопокрытые и лесные земли являются самым распространенными объектами на территории Республики Коми. В данную категорию входят: собственно лесопокрытые земли, зеленые зоны внутри населенных пунктов, территории вырубок текущих и прошлых лет. Каждый лесной объект может быть охарактеризован основной лесообразующей породой [1] , которая на этом участке произрастает.

Участки лесопокрытых и лесных земель.

Схема системы.

Изображение участков, покрытых древесной растительностью на космических определяется в летнее время по верхнему ярусу, в зимнее время (в лиственных и смешанных лесах) по сочетанию физиономичных черт верхнего и нижнего ярусов.

Дешифровочные признаки.

На спектрозональных снимках МСУ-Э удовлетворительно визуально дешифрируются лесообразующие породы и типы смешанных лесов. 

Во многих случаях бывает сложно однозначно определить тип пород, особенно в смешанных лесах. В таких случаях необходимо привлекать данные наземных съемок или топографических карт масштабов не мельче 1:25000, а так же зимние космические снимки. В таблице 55 приведено деление на типы лесов, применимое при визуальном дешифрировании космических снимков.

Таблица 55. Типы леса, выделяемые на космических снимках.

Тип леса	Лесообразующая порода	Физиономичные черты, характер изображения
Мелколиственный	Береза, осина.
Смешанный.	Сосна и ель.
Смешанный	Береза или осина и ель.
Смешанный	Береза или осина и сосна.
Смешанный.	Береза или осина и хвойная порода.	См. предыдущие два типа смешанного леса.
Хвойный	Ель.
Хвойный.	Сосна.

Данные, приведенные в таблице 55, не могут служить единственными дешифровочными признаками лесной растительности, т.к. луговая растительность (на сельскохозяйственных полях на болотах, в поймах рек и т.п.) во многих случаях на спектрозональных снимках выглядит точно так же как и мелколиственная.

В ряде случаев, при дешифрировании необходимо учитывать логику сочетания пород деревьев и лесорастительные условия для окончательного разрешения спорных вопросов. На рис 003 приведен пример дешифрирования участка леса (на спектрозональном снимке) с приведением наиболее типичных рассуждений дешифровщика.

Взаимодействие участков леса и объектов окружающей среды

Лесной покров является очень мощным средообразующим фактором. Количество разнообразных взаимодействий между лесопокрытыми территориями и прочими объектами чрезвычайно многообразно. Все взаимодействия можно разделить по типам взаимодействующих объектов:

·        Взаимодействие с объектами гидрографической сети (влияние на увлажнение лесопокрытой территории, влияние на значение поверхностного стока, влияние на температуру вод и т.д.).

·        Взаимодействие с объектами рельефа (влияние рельефа на радиационный режим, укрепление склонов, влияние на склонность к ветровалам и т.п. ).

·        Взаимодействие с сельскохозяйственными объектами (снегозадержание).

·        Взаимодействие с урбанизированными территориями (группа рекреационных функций, загрязнение промышленными и бытовыми отходами и т.п.).

Все средообразующие функции леса и возможные типы влияний учитываются на этапе построения модели территории в целом и лесного участка в частности. Все эти взаимные влияние имеют место в случае совмещения или примыкания лесопокрытых территорий и объектов окружающей среды. На космических снимках заметны только некоторые типы влияний. Как правило для установления факта влияний только по космическим снимкам необходимо иметь целый ряд изображений за разные периоды времени. С другой стороны, при наличии априорной информации можно картографировать результаты влияний с достаточной степенью точности К четко проявляющимся влияниям относятся: во-первых техногенные изменения лесов больших масштабов (например усыхание или заболачивание леса, см рис 90 и 102), а во-вторых некоторые результаты целенаправленного использования средообразующих функций лесов человеком (облесение склонов). Так, овражно-балочная сеть часто может быть отдешифрирована по форме лесных насаждений, предназначенных для укрепления склонов оврагов (см рис. 30).

Большое влияние на характер растительности оказывает рельеф местности [3]. Можно сказать что рельеф в основном формирует большинство их тех черт, которые можно наблюдать на космическом снимке. Основными факторами, определяемыми рельефом и критичными для растительного покрова являются: влияние на освещенность участка местности и влияние на его увлажненность. На склонах, обращенных на юг, освещенность наибольшая, следовательно наилучшие условия для произрастания для светолюбивых древесных пород (таких как сосна обыкновенная, осина, береза), а в узких лощинах вытянутых долготном направлении и на крутых северных склонах освещенность наименьшая и следовательно, там могут преобладать теневыносливые породы (такие как ель и пихта). Характер увлажнения равнинной местности так же в некоторой мере определяется рельефом: в локальных понижениях и логах образуются болота, в широких поймах рек создаются условия для избыточного переувлажнения. В таких места произрастают влаголюбивые породы и породы индифферентные по отношению к переувлажнению: такие как ива, осина, ель, береза пушистая, а так же некоторые кустарники. При этом часто условия переувлажнения совпадают с условиями недостаточно освещения (в узких лощинах – ложах малых рек и ручьев) и почвенно-грунтовых условий, способствующих повышенной ветровальности крупных деревьев, что приводит к формированию густых невысоких зарослей из указанных пород деревьев.

Такие изменения характера растительности достаточно хорошо дешифрируются как на спектрозональных так и на панхроматических снимках, см рис 1 и 2. Можно видеть, что на спектрозональных снимках характер растительности (если только она не была в значительной степени изменена человеком) изменяется по мере приближения к руслу реки. На некоторых снимках можно проследить небольшие реки и ручьи (в виде темных полос), а так же речные поймы в которых образовались смешанные древостои из хвойных и лиственных пород, с меняющимся перпендикулярно руслу их соотношением.

Вырубки текущие (лесосеки) и прошлых лет.

Особенность объекта «вырубка», состоит в том, что это – в определенном смысле как текущее состояние, так и  «история» данного участка леса. В процессе лесовосстановления вырубки покрываются древесной растительностью и через некоторое время перестают каким либо образом выделяться среди окружающих участков леса. Дешифрирование вырубок достаточно просто, как правило они определяются по характерному рисунку дорожной сети (волокам), формам, размерам (они должны быть в соответствие с требованиями), и контрастом между восстанавливающейся на вырубках растительностью и прилегающими лесными участками.

Схема системы.

Дешифровочные признаки.

Моделирование системы.

Объект типа «вырубка» представляется группой взаимоувязанных объектов 3-х типов: набора участков дорог, представляющих собой внутрипасечные волоки и магистральный волок, и граница выдела (точнее говоря его видимое в результате деятельности по вырубке леса изображение).

Техногенно-нарушенные участки.

К данному классу относятся все лесопокрытые территории, на которых параллельно с произрастанием леса ведется или велась какая-либо другая деятельность. Данный объект может быть использован на одном и том же участке территории совместно с другими объектами, которые отражают тип параллельно ведущейся хозяйственной деятельности. Как правило такие участки распознаются при сравнении панхроматических снимков высокого разрешения и спектрозональных снимков среднего разрешения.

Дешифровочные признаки.

Техногенно-нарушенные участки лесов, как и зоны вырубок , дешифрируются при сопоставлении панхроматических и спектрозональных снимков. При этом на панхроматических снимках наблюдается сложная структура территории, состоящая из большого количества «полос» и точек, при этом фактура изображения очень пестрая. В то же время на спектрозональном снимке такой участок представляется более-менее равномерным тоном.

Дешифрирование техногенно-измененных участков необходимо проводить с осторожностью, обращая внимание на логику сочетания пространственных объектов и косвенные дешифровочные признаки. Так например на рис 96, такими косвенными признаками являются: расположение озера вблизи крупного населенного пункта и густая сеть хорошо просматривающихся подъездных путей. В то же время, если обращать внимание только на фактуру и фототон изображения, то многие участки непроходимых болот имеют очень сходные с данным изображением параметры.

Зеленые зоны внутри застроенной части населенного пункта.

Дешифровочные признаки.

Зеленые зоны внутри населенных пунктов дешифрируются по прямым признакам: фототону и форме. Так же на снимках хорошо распознается степень озеленения городских кварталов и улиц по прямым дешифровочным признакам: по темно-серо-зеленому тону (хвойные насаждения) и красноватому тону (мелколиственные насаждения). При этом такие участки хорошо контрастируют с городскими улицами, промышленными объектами и другими, менее озелененными участками (ср. изображение городских кварталов на рис 100 и 101).

Моделирование лесопокрытых и лесных земель.

Модель лесопокрытых и лесных земель представляет собой полигональное покрытие, каждый из полигонов которого является либо лесопокрытым (с разделением на типы объектов), либо безлесным участком. Модель согласовывается по контурам со всеми объектами, располагающимися в соседних слоях, с учетом логики пространственного расположения объектов.

При создании модели лесопокрытых территорий наиболее остро проявляется требование о картографировании не просто «природных контуров», а систем, которые представляют собой некую, важную для решения поставленной задачи, целостность. Так например для целей инвентаризации (без определения таксационных параметров) необходимо разделить исходный лесной массив на участки однородные по типу леса (мелколиственный, хвойный), с определенным, заданным в виде допусков сочетанием основных лесообразующих пород и т.п. Для целей вычисления норм воздействия на окружающую среду (или предотвращения лесных пожаров) достаточно только выделение участков (причем в генерализованной форме) с преобладающей лесной породой. Для задач среднемасштабного топографического картографирования породный состав уже значения не имеет, необходимо обратить особое внимание на четкое определение границ лесных и безлесных земель и т.п.  Таким образом можно видеть, что сам процесс дешифрирования зависит от поставленных задач. 

Для целей охраны природы можно предложить следующий подход к созданию цифровой модели лесопокрытых территорий. Отображению отдельными полигонами с высокой степенью детальности подлежат: участки явно выраженных нарушенных земель, примыкающих к населенным пунктам и промышленным площадкам; зоны завершенных сплошных вырубок с выделением отдельными полигонами наиболее крупных недорубов, семенных куртин; оставленных, при условно-сплошных рубках, участков леса; безлесные участки; «сомнительные объекты» располагающиеся вблизи населенных пунктов и, особенно в долинах рек (они могут служить покосными полянами); зоны лишенные естественной растительности; наиболее характерно выделяющиеся вырубки с радиально-расходящейся сетью волоков, в том числе выборочно-групповые; вырубки с прямоугольной сетью волоков; гари и ветровалы. Т.е. все те объекты, которые, с наибольшей степенью вероятности являются результатом деятельности человека или катастрофических природных явлений.

Наоборот, те участки леса, которые находятся далеко от освоенных мест или не имеют выраженных следов воздействия человека можно отображать с достаточно большой степенью генерализации. К таким участкам относятся: леса на болотах, в т.ч. осушаемых (лесные ландшафты на них обладают очень высокой степенью мозаичности); все лесопокрытые земли на большом удалении от населенных пунктов.

Участки леса на болотах, кроме высокой мозаичности изображений обладают так же большим количеством малых внутренних контуров (т.н. «сомнительных объектов»). В ряде случаев такие малые контура могут отображать места ведения хозяйственной деятельности и их оцифровка в этом случае необходима. Достаточно сложно, на основании только космического снимка выделить те контура которые действительно необходимо оцифровывать. Для этого необходимо привлекать дешифровочные признаки объектов других классов (сельхозугодий, покосных лугов и т.п.). Один из наиболее общих принципов для отделения объектов возможного антропогенного происхождения является их резкий контур, отсутствие снижения яркости фототона по мере приближения к объекту, отсутствие расположенных рядом, тесной группой, других таких же объектов. В том случае, когда все таки невозможно точно установить тип объекта, можно пользоваться таблицей 56.

На рис 105 приведены сравнительные изображения лесных участков вблизи и вдали от населенных пунктов, с указанием выделяемых в том или ином случае объектов.

Таблица 56. Сравнительное описание расположения небольших, предположительно безлесных природных контуров вблизи и вдали от населенных пунктов.

Оцифровка лесопокрытых и лесных земель. Порядок работы.

Оцифровка лесопокрытых и лесных земель часто представляет собой достаточно трудную задачу из-за большого разнообразия урочищ на некоторых территориях. Особенно это касается районов интенсивно осваиваемых человеком. Как было сказано выше пообъектное представление исходного растрового изображения во многом зависит от подхода, от требований, предъявляемых к цифровой карте. Ниже приводится порядок работы для карты, предназначенной для природоохранных целей.

1.        Сначала оцифровывается весь лесной массив или его достаточно большой участок по их естественным границам.

2.        Оцифровываются, внутренние контура - не лесопокрытые участки земель, происхождение которых легко дешифрируется (населенные пункты, промышленные площадки, линейные земли и т.п.)

3.        Оцифровываются границы вырубок (и, возможно, дорожная сеть на них). При этом необходимо передавать их контуры наиболее точно, т.к. по краям часто оставляются недорубы.

4.        В соответствие с установленными требованиями, производится разбивка участка на объекты. Например по породному составу (береза, ель и т.п.). На вырубках оцифровываются крупные (в 2-3 раза больше разрешения снимка в центре вырубки и 1-2 раза больше разрешения на периферии) недорубы и семенные куртины. Разделение на участки по типу леса производится по спектрозональным снимкам.

5.        Проводится оцифровка малых внутренних контуров – т.н. «сомнительных объектов». 

Сравнение между изображением лесного участка на космическом снимке и его таксационным описанием.

Лесотаксационное описание, включает в себя не только характеристики леса, определяющие его пригодность для промышленного использования, но и характеристики самого леса как фитоценоза. Некоторые их них могут быть использованы для определения физиономичных черт для дешифрирования космических снимков на незнакомом участке. Кроме того, лесоустроительные планшеты и обзорные карты могут содержать дополнительную полезную информацию, используемую при дешифрировании. Необходимо иметь в виду, что используемое в таксационном описание понятие «главной породы», может не совпадать с лесообразующей породой, являющейся эдификатором на данной стадии развития фитоценоза и определяющей его физиономичные характеристики. Особенно это характерно для восстанавливающихся лесов, где еловый подрост еще не вышел в верхний ярус и скрыт им от наблюдений из космоса.

Ниже, в таблице приведены характеристики таксационных описаний лесных выделов, которые могут быть использованы для исследования возможностей визуального дешифрирования космических снимков по методу эталонных участков.

Таблица 57. Характеристики таксационного описания и дешифровочные признаки, которые могут быть установлены на их основе на снимках МСУ-Э.

Рис 110. (опущен ввиду больших размеров и сложности). Сравнительная демонстрация возможностей, получаемых при определении дешифровочных характеристик по данным лесной таксации. Из рис. видно, что наиболее легко визуально дешифрируемым параметром является лесная формула по типу: лиственные – светлохвойные – темнохвойные породы. Цифрами 1 и 2 помечены соответственно вырубка с восстанавливающимся хвойным лесом и заболоченная низина (см на рис 111 панхроматический снимок для этого же участка).

Кроме, собственно таксационных описаний участков леса, лесоустроительные карты содержат так же важную дополнительную информацию, которая может быть использована для дешифрирования космических снимков, прежде всего это данные о гидрографической сети (включая мелиоративную сеть) и данные о нелесных землях, отведенных под различные хозяйственные нужды.

Использование правил размещения лесосек и условий наиболее выгодной лесоразработки для дешифрирования вырубленных участков леса.

 Существуют специальные инструкции, которые регламентируют расположение лесосек по отношению к сторонам горизонта и элементам рельефа а так же определяют размеры и формы лесосек [4]. Эти данные можно использовать в качестве вспомогательного материала для дешифрирования снимков. Можно решать и обратную задачу: определение параметров лесосек для контроля за выполнением правил рубок.

Основные регламенты касаются размеров и расположения лесосек относительно сторон горизонта. Так при сплошных рубках ширина лесосек (определяется условиями наилучшего естественного лесовозобновления) в лесах II группы не должна превышать 100 м, в таежной зоне возможно ее увеличение до 200 м. Длина лесосеки определяется наиболее выгодным расстоянием механизированной трелевки леса, которое составляет от 500 до 1000 м. Для уже завершившихся рубок принимается во внимание, что при сплошных рубках в лесах III группы в удаленных лесах в рубку назначается весь квартал сразу. Таким образом формы и размеры вырубок могут совпадать с формой и размерами лесных кварталов соответствующего класса лесоустройства.

Относительно сторон горизонта длинные стороны лесосек располагают преимущественно с севера на юг. На крутых склонах лесосеки как правило располагаются широкой стороной вдоль склона, т.к. ее направление поперек склона будет создавать неудобные условия для валки и трелевки леса.

Дешифрирование функционального назначения лесопосадок.

В основе специального использования лесов лежит способность участка леса создавать или изменять вокруг себя природные условия определенным образом. К основным видам лесомелиорации относят: полезащитное лесоразведение, противоэрозионные лесные мероприятия (см рис 30 а и б) и защитное лесоразведение вдоль транспортных путей.

На космических снимках лесомелиорации как правило достаточно хорошо дешифрируются по характерной форме лесозащитных полос и по их конфигурации. Так, например, полезащитные полосы размещают перпендикулярно направлению господствующих ветров, ширина полос может составлять от 10 до 20 м. Расстояние между основными полосами составляет от 500 до 600 м., а между поперечными 1000-1500 м [3].

Противоэрозионные полосы располагаются поперек склонов, подвергающихся эрозии или производится сплошное облесение. Часто, при сплошном облесении, противоэрозионные леса повторяют форму объектов и по ней могут быть распознаны (см рис 30).

Определение некоторых лесоинвентаризационных параметров при описании участков лесных и нелесных земель.

В лесоинвентаризации принято следующее определение типов покрытых и не покрытых лесом площадей.

К непокрытым лесом площадям относятся:

1.        Невозобновновившиеся вырубки и текущие лесосеки. На спектрозональных снимках не возобновившиеся вырубки выглядят бледно-розовыми с примесью светло-коричневого цвета. На панхроматических – очень светлыми участками с неравномерным рисунком текстуры с небольшим количеством светло-серых пятен. Необходимо учитывать, что невозобновившиеся вырубки и вырубки на начальных стадиях лесовосстановления на космических снимках практически не отличаются друг от друга, поэтому необходимо привлекать дополнительную информацию о давности вырубки. (рис 115).

2.        Гари и сухостойные насаждения. Дешифрируются по неправильной форме и тону похожему на вырубки, только с более неравномерной текстурой. Форма гари как правило выглядит как пятно овальной формы с вытянутыми в стороны (или в одну сторону, по направлению ветра) «языками».

3.        Прогалины и пустыри. То есть участки с отсутствием или единичными случаями лесовозобновления, не предназначенные для сельскохозяйственной деятельности. В таежной зоне прогалины и пустыри естественного происхождения имеют небольшие размеры. Часто они возникают на месте старых лесных складов и магистральных волоков, т.е. там, где естественный почвенный слой наиболее нарушен. Дешифрируются как на спектрозональных так и на панхроматических снимках по светлому тону (рис 116).

4.        Редины. Насаждения с низкой (менее 0.3) полнотой, не имеющей перспектив лесовозобновления. По физиономичным характеристикам на панхроматических снимках они весьма похожи на сплошные вырубки в начальной стадии лесовозобновления и на заболоченные леса. Могут быть отдешифрированы по включениям светло-серого тона на спектрозональном снимке. Однозначное отнесение к данному типу только по результатам дешифрирования космоснимка довольно затруднено, т.к. может существовать масса причин, кроме причин природного характера, формирующих ландшафт редин и особенно трудно, не имея достаточного количество разновременных снимков, установить возможность или невозможность лесовозобновления на данном участке.

К участкам нелесных площадей (но находящимся «внутри» лесных контуров) относятся все участки которые не предназначаются или непригодны для выращивания леса: пашни, луга, выгоны, открытые болота, пески, овраги, крутые склоны, линейные земли, лесные склады, промышленные и жилые территории и т.п. Каждая из этих типов земель дается своим объектом. На слое «лесопокрытые и лесные земли» такие объекты, как уже было отмечено выделяются одним типом: «нелесные земли».