Екомониторинг

Постановою Кабінету Міністрів України від 16.09.2009р. затверджено програму «Ліси України на 2010-2015 роки», якою встановлено, що площі лісових ресурсів України повинні збільшуватись з року в рік. Розв’язання цієї проблеми можливо шляхом невиснажливого користування на основі геоінформаційних систем, заміни видів рубок, проведення моніторингу та інвентаризації лісів. Своєчасний моніторинг лісових ресурсів повинен сприяти покращення цієї ситуації. В результаті проведення кожного виду моніторингу результати, як правило, оформлюються: або у вигляді пояснювальної записки, або у вигляді картографічного матеріалу. У даному випадку актуальні аерофотознімки (АЗ) отримують географічну прив’язку та потрапляють в базу даних графічних матеріалів геоінформаційної системи для подальшого використання (як фактичний матеріал).

На сучасному етапі розвитку лісового господарства в Україні моніторинг проводиться здебільшого візуально, за допомогою спеціальних приладів (бінокулярів, засобів зв’язку тощо) та з використанням авіації, а саме – вибіркових польотів на гелікоптері (у разі потреби). Охоплення великих територій лісів та своєчасний моніторинг лісів, у цьому випадку, може бути досягнуто з залученням надвеликої кількості персоналу. Використання спеціальних приладів (відеокамер постійного спостереження), на нашу думку дає змогу виявляти, наприклад, початок пожару на стадії, коли ліс вже горить. Про виявлення порушників або незаконної вирубки лісу у цьому випадку мова не йде.
Використання ж авіації дозволяє більш дієво і швидко виявляти порушення у користуванні лісами і землями лісогосподарського призначення, створювати якісний картографічний матеріал, однак, носить певні обмеження, а саме: заборону польотів в закритих зонах та надмірну вартість (як для одного лісництва). Необхідної частоти моніторингових спостережень в цьому випадку досягти неможливо із-за необхідності додаткового часу польотів авіа носіїв фотоапаратури.
Разом з тим, за останні роки набирає обертів тенденція використання безпілотної авіації в різних напрямах народного господарства у тому числі і для проведення різних моніторингів. Здебільшого поки що цей вид моніторингу є досить новим й не отримав широкого застосування. За кордоном використання цього виду моніторингу вже переросло у мейнстрим (переважний напрямок у певній області)

Метою цієї статті є узагальнення досвіду використання дистанційно пілотованого літального апарату (ДПЛА) для моніторингу лісових насаджень на лісогосподарських землях в межах Харківського району Харківської області у травні – липні 2011 року.
Дослідження проводилися на території Південного лісництва на території вирубки (географічні координати: 50,093506 півн. широти 36,312992 сх. довготи) та за кільцевою дорогою, район Олексіївки (географічні координати: 50,042893 півн. широти, 36,121574 сх. довготи). Основною метою досліджень було встановлення можливості використання ДПЛА для моніторингу лісових насаджень.
Для досягнення мети вирішувалися як організаційні так й суто технічні завдання. До організаційних відносилися: порядок та методика проведення моніторингу. До технічних: вибір оптимального часу та місця проведення запуску/посадки ДПЛА, ємкість електричних батарей (вирішення завдання тривалості польоту), вибір каналу аерофотоапарату (АФА), порядок обробки отриманих аерофотознімків (АЗ), їх «зшивка» й подальший спектральний аналіз.
Перед виїздом на знімання уточнювалися межі району аерофотозйомки (АФЗ) та проводилася камеральна обробка космічного знімку (Google Earth) території дослідження, який слугував картографічною основою географічної прив’язки.
Після виїзду на місце зйомки обиралось місце для зльоту/посадки яке б відповідало наступним умовам: 70 м –довжину; 20 – ширину, та не мало дерев з висотою більш ніж 1 м. Напрямок зльоту ускладнювався постійною зміною вітру із-за дерев. Так, в період набору висоти вітер змінював напрямок 2 рази. Тому при зльоті ДПЛА ледве стримував пориви вітру. Аналізуючи цю ситуацію зазначимо, що обрання місця зльоту на території вирубки було помилковим. Правильним було б обрання місця на полі, яке прилягає до лісу.
Після зльоту оператор ДПЛА набрав робочу висоту понад 70 м й почав робити круговий маршрут над місцем вирубки й далі над лісом. В процесі польоту було апробовано фотокамеру для АФЗ лісових насаджень. Цієї ж методики дотримувались й при виконанні польотів поблизу Олексіївки. Деякі результати зйомки наведені на наступних рисунках

Промениста енергія Сонця поглинається рослинами, в основному хлорофілом (а,б,с,д). Хлорофіл, каротиноїди поглинають сонячну енергію в залежності від періоду вегетації або кількості вологи. В результаті формується спектральна характеристика листової маси, яка для ока людини має зелений колір [1].
Для визначення стану порід дерев розділяють АЗ на спектри, обирають або їх комбінацію, або найбільш інформативний спектр. Проводять подальший аналіз, визначають потрібну спектральну характеристику й підраховують значення пікселів на знімку, щоб визначити їх площу.
В ході АФЗ було встановлено, що чітко відрізняються різні породи дерев (в ході їх вегетації), на АЗ відокремлюються як окремі автомашини та й люди. Для більш наочного сприйняття знімок було оброблено відповідним чином

Обробка АЗ проводилася за допомогою програмного комплексу Erdas Image 9.1 Усі АЗ, які було отримано за допомогою ДПЛА було оброблено з застосуванням цього методичного підходу. Всього в ході дослідження було отримано понад 200 знімків з висот від 50 до 100 м.

Рисунок 4 показує різноманіття породного складу району дослідження. Він дає змогу чітко відокремити та підрахувати ту чи іншу породу дерева та на основі спектральної характеристики дати оцінку його стану в даний період вегетації

На основі спектрального аналізу знімку №2 було побудовано графік, який показує фактичні значення відбиваючої поверхні території дослідження (см.рис.5). Контроль за спектральним значенням різних порід дерев дає змогу на протязі всього періоду вегетації визначати як стан дерева (куртини (групи) дерев або району дослідження) так й розмноження шкідників на кроні дерев (контроль за зменшенням листової маси дерева).
Використання ДПЛА дозволить зробити АФЗ з необхідною частотою, що, в свою чергу, дасть змогу сформувати спектральні бібліотеки кожної окремої породи дерев, як у просторі так і у часі.

Висновки:

1. Використання ДПЛА для моніторингу лісових насаджень можливе, та може стати невід’ємною ланкою постійного моніторингу, однак потребує збільшення часу й дальності польотів якнайменше на порядок (до години й декілька кілометрів).
2. З робочих висот (50-100м) є можливість розрізняти автомобіль на просіці, окрему людину, якщо зйомка проводиться з 9.00 до 11.30, в інший час визначення потрібних об’єктів ускладнено сонячним світлом. Виправити ситуацію можна встановленням або більш потужної фотоапаратури, або відмовитися від неї на користь тепловізору.
3. Визначення порідного складу дерев можливе як візуально, так й після спектральної обробки знімку. В останньому випадку додається можливість визначення площ як дерев, їх стану тощо.
4. Застосування ДПЛА повинно базуватися на методиці, яка має наступні етапи: камеральний період – підготовка базового космічного знімку, або топографічної карти. Нанесення на нього місця зльоту, план польоту, вибір основного та запасного місця посадки, врахування вітру. Проведення зйомки району дослідження з подальшим спектральним аналізом знімків. Географічна прив’язка отриманих знімків для використання в ГІС або для підтримки управлінського рішення. У разі використання знімків для управлінських рішень (пошук браконьєрів, вирубок, порушників) камеральну обробку проводити тільки у разі потреби.