Аэрокосмический мониторинг леса

 

Министерство сельского  хозяйства Российской Федерации

Красноярский Государственный  Аграрный Университет

Институт Землеустройства  Кадастров и природообустройства

 

 

 

 

Кафедра Землеустройства

 

 

 

 

 

 

Эссе

 

 

 

 

«Аэрокосмический мониторинг леса»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                         Проверил: Незамов В.И.

Выполнил: студент группы 62С Дятлова Н.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск, 2013.

Аэрокосмический мониторинг леса: достижения, 
проблемы, пути решения

Достижения в области технологий аэрокосмического мониторинга леса в первую очередь обязаны достижениям космической техники и космического приборостроения. Для мониторинга лесов широко используются спутниковые данные низкого, среднего и высокого разрешения. Лесные службы используют снимки с зарубежных КА: TERRA, Landsat (ETM), SPOT, IRS, ERS(SAR), ENVISAT(ASAR) и снимки с российских КА: «Ресурс-01», «Метеор-3М», «Монитор-Э». Все более широко используются данные детального разрешения зарубежных КА: IKONOS, Quick-Bird, ALOS; российские потребители начали работы с данными КА «Ресурс-ДК».  Помимо оптических данных для районов, покрытых облачностью большую часть года, используются радиолокационные данные. Поставкой космических снимков для отечественного рынка занимаются как государственные (ФГУП  НЦ КМЗ, Госцентр «Природа»), так и коммерческие организации (ИТЦ Сканэкс, Совзонд и др.).

Большой вклад в создание методов  обработки космических снимков  лесов внесли организации Рослесхоза (ВНИИЛМ, «Авиалесохрана», «Центрлеспроект», «Севзаплеспроект», «Запсиблеспроект»), академические институты (ИКИ РАН, ИРЭ РАН, ЦЭПЛ РАН, ИЛ СО РАН), научные центры (ЦПАМ «АЭРОКОСМОС»), вузы (МГУЛ, СПбЛТА, МарГТУ).

Практическое применение результатов  аэрокосмического мониторинга леса уже начато. Однако в настоящее время отчетливо проявился ряд факторов, сдерживающих развитие и внедрение технологий аэрокосмического мониторинга леса [1].

• Уровень методических разработок и практического применения данных дистанционного зондирования в лесном хозяйстве остается недостаточным.
• Отсутствует координация научно-исследовательских и методических работ на отраслевом, межотраслевом и международном уровнях.
• Производственные организации, выполняющие лесоинвентаризационные работы слабо используют информацию аэрокосмических снимков.

Ускорить развитие и внедрение  технологий аэрокосмического мониторинга  леса можно, решив ряд задач [1]:

• Задачи координации работ в разработке межведомственной программы по разработке и внедрению в практику лесного хозяйства комплексной системы аэрокосмического мониторинга лесов.
• Задачи внедрения перспективных технологий в практику. Ускорить внедрение в практику лесного хозяйства аэрокосмических методов может Федеральное агентство лесного хозяйства. Для этого Рослесхозу необходимо:

1. принять меры по внедрению в практику лесного хозяйства и лесоустройства имеющиеся научные разработки в области дистанционного зондирования Земли.

2. при разработке методологии выполнения Государственной лесоинвентаризации положить в ее основу аэрокосмические методы и ГИС- технологии;
3. создать отраслевые нормативно-правовые документы, регламентирующие требования к количественным и качественным характеристикам материалов аэрокосмических съемок лесов и составляемым на их основе картографическим и атрибутивным материалам.

Решение названных задач может быть реализовано созданием Глобальной сети аэрокосмического мониторинга леса:

• Работа по созданию общей для отрасли глобальной сети аэрокосмического мониторинга леса позволит скоординировать работу организаций и ведомств и объединить трудовые ресурсы, сконцентрировав их на решение одной общей проблемы.
• Будет выработан единый подход к построению Глобальной сети, к ее составу, структуре и функционированию.
• Привлечение к общей работе по  созданию глобальной сети аэрокосмического мониторинга  леса  лесоустроительных организаций поможет ускорить внедрение технологий аэрокосмического мониторинга леса в практику лесного хозяйства.

Роль и задачи МГУЛ в решении  проблемы

Московский государственный университет  леса является ведущим вузом страны в области лесного хозяйства, одновременно Московский государственный университет леса готовит специалистов для предприятий космической отрасли. Таким образом, университет располагает учеными, специалистами как в лесном хозяйстве, так и в космической технике. В Московском государственном университете леса имеются специализированные научные подразделения: Институт системных исследований леса, Институт космических информационных систем, Центр космической геоинформатики. В этих подразделениях и на ряде кафедр факультетов ЛФ и ФЭСТ давно ведутся работы по технологиям аэрокосмического мониторинга леса, получены хорошие результаты [2].

Все это, а также требования времени  послужило толчком к тому, чтобы  в МГУЛ были начаты работы по созданию единой отраслевой Глобальной сети аэрокосмического мониторинга леса. В основу построения Глобальной сети аэрокосмического мониторинга леса положены принципы базовых автоматизированных технологий дистанционного мониторинга состояния и изменения растительности, разрабатываемых группой предприятий г. Москвы и Московской области (головной разработчик — ЦПАМ «АЭРОКОСМОС»).

Основные характеристики Глобальной сети аэрокосмического мониторинга леса

Функциональные возможности:

• решение задач лесного хозяйства  с использованием  космических технологий;
• решение задач  ландшафтной  архитектуры;
• решение задач охраны лесов и окружающей среды;
• решение задач рационального природопользования.

Пользовательские характеристики:

• работа в сети удобна для пользователей и проста в общении с ней;
• сеть ориентирована  на неподготовленного пользователя;
• сеть доступна для пользователей из любой точки Земли (через Интернет);
• все пользовательские интерфейсы унифицированы и полностью соответствуют  принятым Международным, Государственным и Отраслевым нормативам и стандартам.

Технические характеристики:

• возможность получения космических снимков любых участков  Земли;
• возможность использования космических снимков с наиболее рациональным разрешением для решения конкретных практических задач;
• возможность использования много- и гиперспектральных аэрокосмических снимков;
• решение задач дешифрирования  аэрокосмических снимков автоматизировано;
• решение  задач ГИС-картирования  результатов  дешифрирования  снимков автоматизировано;
• принципы построения  сети дают возможность ее дальнейшего развития, модернизации и совершенствования.

Концептуальная структура Глобальной сети 
аэрокосмического мониторинга леса

Глобальная сеть аэрокосмического мониторинга леса структурно представляет  собой единую отраслевую сеть связанных между собой через Интернет функциональных центров аэрокосмического мониторинга леса, Главного  Центра и Региональных  Центров в составе соответствующих региональных филиалов Рослесинфорга [3]. Каждый функциональный  Центр состоит из технологических центров (приема/передачи снимков, первичной обработки, дешифрирования снимков, ГИС-картирования тематических карт, валидации и сертификации, архивирования снимков и результатов их дешифрирования). Глобальная сеть аэрокосмического мониторинга леса будет интегрирована в Мировую сеть аэрокосмического мониторинга Земли.

Структура главного Web-Узла (Рослесинфорг)

 

Назначение и функционирование технологических Центров

Центр приема-передачи снимков. Центр приема-передачи снимков выполняет работу по обслуживанию пользователей в вопросах выбора наиболее подходящих для их задач спутников, пользователю достаточно задать координаты интересующего его участка леса и определить функционально-тематическую задачу.

Центр обработки снимков. Одно из главных направлений развития Центра обработки снимков - разработка методов и средств максимально возможной программной автоматизации дешифрирования снимков. В перспективе необходимо все работы по дешифрированию снимков переложить на программы.

Центр архивирования снимков. Архивирование снимков необходимо для оценки состояния лесов и динамики изменения этого состояния на заданном интервале времени.

Центр космической лесоинвентаризаци. Задача лесоинвентаризации  относится к функционально-тематическим задачам, но в силу ее важности создается отдельный центр. Государственная лесоинвентаризация  лесов основана на сочетании использования наземных средств и дистанционных аэрокосмических методов, Центр космической лесоинвентаризации отвечает за космическую часть.

Центр подспутниковой валидации. Центр подспутниковой валидации предназначен для экспериментальных наземных измерений и высокоточных измерений авиафотосъемкой исследуемых участков. Для валидации снимков и результатов их дешифрирования отводятся полигоны с характерными типами ландшафтов. В качестве таких полигонов, в частности, будут использованы учебные леспромхозы МГУЛ в Щелковском и Пушкинским районах. Для привязки снимков к координатам Земли используются средства ГЛОНАСС.

Связь Глобальной сети аэрокосмического мониторинга леса с информационной системой Рослесхоза

Предусмотрено взаимодействие Глобальной сети аэрокосмического мониторинга  леса с существующими информационными системами федерального и регионального уровня, находящимися в ведении Рослесхоза.

Коммерциоализация результатов научных  работ

Для решения задачи коммерциоализации  результатов научных работ в  МГУЛ создается Бизнес-Центр аэрокосмического мониторинга Земли.

Для функционирующей в МГУЛ Международной  школы управления бизнесом Бизнес-Центр  аэрокосмического мониторинга Земли будет хорошим полигоном для  развития рыночных отношений на рынке аэрокосмических снимков, отечественном и зарубежном.

Инновационный образовательный проект в области аэрокосмического мониторинга  леса

В целях ускоренного решения рассмотренных задач в МГУЛ разрабатывается инновационный образовательный проект в области аэрокосмического мониторинга леса [4]. Содержание этого проекта заключается в следующем. На факультете электроники и системотехники МГУЛ создается специализированное отделение, ориентированное на подготовку специалистов в области аэрокосмических методов и средств изучения природных ресурсов. Будут созданы базовые кафедры на ведущих предприятиях этого направления: космический мониторинг Земли, обработка и дешифрирование аэрокосмических снимков и др. Одновременно для разработки, внедрения в отрасль и последующего развития отраслевой Глобальной сети аэрокосмического мониторинга леса создается Геокосмическое КБ МГУЛ (ГКБ). В работе ГКБ МГУЛ примут участие ученые, ведущие специалисты, преподаватели, докторанты, аспиранты, магистры, бакалавры и студенты МГУЛ. Таким образом, на протяжении всего срока обучения на специализированном отделении Факультета электроники и системотехники студенты будут участвовать непосредственно в создании больших промышленных информационных систем таких, как отраслевая Глобальная сеть аэрокосмического мониторинга леса.

В целях координации работ  отдельных  подразделений МГУЛ разработана  «Концепция развития и внедрения  в практику лесного хозяйства технологий аэрокосмического мониторинга леса на период до 2015 года: задачи Московского государственного университета леса». Концепция разработана в полном соответствии с «Концепцией развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года (Роскосмос, 2006)».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список:

1. Резолюция Четвертой международной научно-технической конференции «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и в лесном хозяйстве» (Москва, ЦЭПЛ РАН, апрель 2007 г.)
2. Галкин Ю. С., Степанов И. М. «Автоматизированная технология обработки интеграции космических изображений высокого разрешения» (настоящий сборник).
3. Степанов И. М. Глобальная сеть аэрокосмического мониторинга леса. // «Лесной вестник», М.: МГУЛ. 2007, №4 (53).
4. Галкин Ю. С. Корольков А. В., Костылев А. Г., Платонов А. А., Степанов И. М. Инновационный образовательный проект в области аэрокосмического мониторинга леса. Сборник материалов 1-ой Международной конференции «Космос для человечества» (г. Королев, Московская обл., 21-23 мая 2008 г.).