Дистанционные методы в лесном хозяйстве современное состояние и перспективы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Дистанционные методы в лесном хозяйстве современное состояние и перспективы

ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ получение информации о земных объектах путем регистрации электромагнитных излучений с помощью технических средств, находящихся на расстоянии. История применения дистанционных съемок тесно связана с развитием средств аэрокосмической техники.

В 20-е годы XX в. в России впервые были использованы аэрофотоснимки для таксации леса. В 30-е годы был разработан аэровизуальный метод обследования лесов, который к концу 40-х годов был коренным образом усовершенствован на основе применения мелкомасштабной аэрофотосъемки. Благодаря применению нового аэротаксационного метода в середине 50-х годов XX в. было завершено обследование лесов всей страны, и издана первая карта лесов в масштабе 1:2 500 000. В это же время в практике лесного дешифрирования начали широко использовать цветную спектрозональную аэрофотосъемку. В 70-х годах в интересах лесного хозяйства начали применять материалы космических съемок. Выполнен большой объем теоретических и экспериментальных работ, результаты которых положены в основу новых методов изучения лесов и оценки их состояния: технологии инвентаризации лесов путем рационального сочетания наземных работ с камеральным дешифрированием аэроснимков, фотостатистические методы аэрокосмической инвентаризации резервных лесов, инвентаризации малоосвоенных лесов на основе материалов космической съемки и данных прежнего лесоустройства, методы выявления и учета по космическим снимкам текущих изменений в лесном фонде, вызванных хозяйственной деятельностью и стихийными бедствиями, и др. Разработаны методы применения спутниковой информации в охране леса от пожаров и защите леса от вредителей и болезней.

В последние годы все большее применение в практике ведения лесного хозяйства получает технология глобальной системы позиционирования (GPS), которая позволяет проводить высокоточную пространственную привязку лесных объектов путем измерения значений дальности до нескольких космических спутников. Перспективными направлениями являются: космическая стереофотограмметрия - предназначена для высокоточного определения высот рельефа местности; спутниковая радиоинтерферометрия - для создания глобальной цифровой модели рельефа с начальным уровнем точности топографической карты 1:50 000; самолетная лазерная локация - для построения цифровых моделей рельефа земель, покрытых лесной растительностью.

Дистанционные методы в решении задач лесного хозяйства

Крупнейшие лесные державы пришли к пониманию необходимости дистанционного мониторинга лесов несколько лет назад. Российское отставание в этой области - небольшое и касается, главным образом, государственной информационной политики. В Швеции и Финляндии съёмка всей территории страны со средним пространственным разрешением (10-30 м) осуществляется ежегодно за счёт госбюджета. Полученные данные эффективно используются в лесоустройстве, при учёте лесного фонда и для выявления нелегальных рубок. Так, применение ежегодной космической съёмки в Швеции (с 2000 года) позволило уменьшить число нелегальных рубок с 10 до 2%. Государство не только финансирует съёмку, но и активно способствует внедрению современных дистанционных методов и ГИС-технологий в лесное хозяйство, в том числе - путём обучения специалистов и владельцев леса. Отработанные и внедрённые в практику дистанционные «скандинавские технологии» с ещё большим успехом могут применяться в России, учитывая масштабы её лесной территории.

Действующая «Инструкция по проведению лесоустройства в лесном фонде России» (1994) предусматривает применение космических снимков при решении широкого круга задач, особенно при устройстве малоосвоенных лесов северных и восточных регионов России. За годы, прошедшие с момента издания этой инструкции, существенно возросли как технические возможности съёмочной аппаратуры, так и возможности дешифрирования. Методические разработки отечественных учёных (В. И. Сухих, В. М. Жирин и др.) по использованию космической съёмки в лесном хозяйстве не уступают зарубежным, однако в последние годы (в связи с отсутствием госзаказа на съёмку) эти работы, в основном, не выходили за рамки научно-экспериментальных. Ситуация стала меняться в начале 2005 года, когда по инициативе Рослесхоза началось внедрение космической съёмки в практику мониторинга нелегальных рубок.

Переход к регулярной космической съёмке лесов России со средним и высоким разрешением позволит на новом уровне решать многие из задач лесного хозяйства. Среди них:

* контроль за процессами лесозаготовок (включая контроль нелегальных рубок);

* оценка последствий лесных пожаров;

* лесопатологический мониторинг;

* инвентаризация лесного фонда, сертификация лесных участков;

* оценка лесовозобновления.

Особо следует подчеркнуть, что решение всех этих задач может осуществляться независимо на федеральном, региональном уровне, а также на уровне крупных лесных компаний-арендаторов.

Общие результаты и перспективы

В 2005 г. дистанционным мониторингом порядка лесопользования было охвачено более 52 млн. га лесов в зонах интенсивного освоения семи субъектов Федерации. Обследованы 16 000 вырубок, крупномасштабной подспутниковой аэрофотосъёмкой освидетельствовано примерно 100 тыс. га.

По материалам пресс-службы МПР России, общая сумма выявленных неустоек составила 900 млн. рублей. Из них претензии (к декабрю) были предъявлены на сумму в 500 млн. рублей, 50 млн. рублей были выплачены нарушителями добровольно. В 2006 году Рослесхоз планирует охватить авиационным и космическим контролем всю территорию интенсивного лесопользования России (около 100 млн. га лесного фонда). На эти цели в федеральном бюджете предусмотрено 200 млн. рублей. Собственно съёмка из космоса является самой малозатратной частью работ по дистанционному мониторингу - в 2005 г. расходы на космоснимки не превышали 12% от общей суммы финансирования по проекту.

Важнейшим итогом работ 2005 г. является то, что руководство Рослесхоза впервые получило данные об основных видах и объёмах нарушений не от своих территориальных органов и лесхозов, а напрямую - по результатам объективного дешифрирования. Во многих случаях результаты были шокирующими. Грубейшие нарушения допускаются как лесозаготовителями, так и лесхозами. Например, в Пермском крае выборочная проверка лесхозов выявила массовое отсутствие планов рубок, несоответствие сроков примыкания (до трети всех лесосек) и массовое несоответствие фактического состояния лесосек актам их освидетельствования. К чести руководителей Рослесхоза, все эти факты осознаны и служат руководством к действию.

Серьёзное впечатление на лесоустроителей, руководителей лесного хозяйства, ранее не знакомых с космической съёмкой, произвели «картинки», показывающие фронтальное наступление лесозаготовителей на неосвоенную тайгу в Архангельской области. Да, эти снимки ранее неоднократно демонстрировали «зелёные». Но только с началом собственной программы дистанционного мониторинга лесоустроительные предприятия провели анализ размещения арендных участков и лесосек, показав как манипуляции с расчётной лесосекой («размазанной» по большой территории) реализуются в компактные участки сплошных рубок, по своим масштабам за несколько лет приближающиеся к «концентрированным». В результате вопрос изменения правил определения расчётной лесосеки поставлен в ближайшие планы агентства.

Развертывание работ по дистанционному мониторингу требует повсеместного внедрения лесных ГИС и GPS, электронного документооборота, перехода к цифровой аэрофотосъёмке, внедрения новых компьютерных методов дешифрирования. По сути, программа дистанционного мониторинга является частью технологической и организационной модернизации всего лесного хозяйства России. При этом программа мониторинга лесов стала первой в стране действующей государственной программой дистанционного мониторинга, и в этом качестве значение данной работы выходит далеко за рамки собственно лесного хозяйства.

2. Основные процессы аэрофотосъемочных работ приборы и аппараты

Аэрофотосъемка - это комплекс работ, включающий различные процессы от фотографирования земной поверхности с летящего самолета до получения аэрофотоснимков, фотосхем или фотопланов снятой местности. В него входят:

1. подготовительные мероприятия, заключающиеся в изучении местности, которая подлежит фотографированию, подготовке карт, проектированию маршрутов полетов самолета и в производстве расчета элементов аэрофотосъемки;

2. собственно летно-съемочные работы или фотографирование земной поверхности при помощи аэрофотоаппаратов;

3. фотолабораторные работы по проявлению снятой пленки и изготовлению позитивов;

4. геодезические работы по созданию на местности геодезической основы, которая необходима для исправления искажений аэроснимков, возникших в процессе аэрофотосъемки, привязки аэроснимков и для составления фотосхем и фотопланов;

5. фотограмметрические работы, которые проводятся как в полевом, так и в камеральном периодах и связаны с обработкой аэрофотоснимков для составления планов и карт снятой местности.

Все эти процессы тесно связаны один с другим и отчасти взаимно перекрываются. Аэрофотосъемка каждого объекта должна выполняться одной и той же организацией от начала до сдачи окончательной продукции. В результате проведения этих работ изготовляются контактные отпечатки, репродукции с накидного монтажа аэрофотоснимков, фотосхемы или фотопланы, составленные по данным геодезической основы. Все эти так называемые аэрофотосъемочные материалы используются в дальнейшем для решения целого ряда вопросов в области лесного хозяйства и лесной промышленности.

Виды аэрофотосъемки и их особенности.

Виды аэрофотосъемки отличаются один от другого по ряду признаков. Фотографирование земной поверхности с самолета может происходить при различных положениях главной оптической оси камеры аэрофотоаппарата. В зависимости от пространственного ее положения, различают следующие виды аэрофотосъемки: горизонтальную, плановую и наклонную (перспективную). Под горизонтальной подразумевается такая аэрофотосъемка, при которой главная оптическая ось аэрофотоаппарата занимает отвесное положение (б=0), плоскость негатива - строго горизонтальна. Если в момент фотографирования главная оптическая ось камеры аэрофотоаппарата отклоняется от отвесной линии в среднем на 1,0-1,5°, но не более 3,0-5,0°, то такая аэрофотосъемка называется плановой. Фотографирование же с самолета при наклонном положении главной оптической оси аэрофотоаппарата от отвесной линии на углы более 10° называется наклонной, или перспективной аэрофотосъемкой. В том случае, когда на аэрофотосъемке изображается естественный горизонт, аэрофотосъемка будет перспективной с горизонтом. Кроме того, может быть еще планово-перспективная аэрофотосъемка, сущность которой заключается в том, что при полете по одному и тому же маршруту с помощью специальных аэрофотоаппаратов одновременно производятся плановые и перспективные аэрофотоснимки. В зависимости от характера покрытия местности аэрофотоснимками аэрофотосъемка разделяется на ординарную, маршрутную и сплошную. Ординарная аэрофотосъемка представляет собой фотографирование отдельных объектов местности (например, гари, ветровала, склада древесины, участка леса, сплава и др.) одиночными или парными снимками, связанными между собой перекрытиями. Маршрутной аэрофотосъемкой называется воздушное фотографирование с самолета полосы местности по определенному маршруту. В зависимости от объекта, подлежащего аэрофотосъемке, маршруты полетов могут быть прямолинейными (ряд кварталов леса) или криволинейными (вдоль русла реки). При такой аэрофотосъемке между снимками в маршруте осуществляется перекрытие, достигающее 56-60%; оно называется продольным перекрытием. Маршрутная аэрофотосъемка применяется для лесотранспортных, водно-мелиоративных и других работ, проводимых в пределах узкой полосы местности. Производится она путем проложения ряда прямолинейных и параллельных между собой маршрутов, взаимно перекрывающихся. При данном виде аэрофотосъемки, помимо продольных перекрытий между снимками в маршрутах, должно быть соблюдено и заданное перекрытие между снимками соседних маршрутов полета, называемое поперечным перекрытием; обычно оно не превышает 30-40%. По методу последующей фотограмметрической обработки аэроснимков и изготовления конечной продукции различают три вида аэрофотосъемки:

1. контурную аэрофотосъемку, в результате которой получается только контурный план местности;

2. комбинированную аэрофотосъемку, при которой топографический план местности создается путем использование материалов аэрофотосъемки, а рельеф изображается на нем горизонталями и условными знаками в результате полевых наземных топографо- геодезических работ, преимущественно с применением мензульной съемки при совместном использовании аэроснимков;

3. стереофотограмметрическую (высотную) аэрофотосъемку, которая дает возможность получить полный топографический план местности с горизонталями на основании камеральной обработки аэроснимков при небольшом количестве геодезических точек.

Летно-съемочный процесс для всех этих видов аэрофотосъемки в основном один и тот же, но стереофотограмметрическая съемка предъявляет специальные требования к оптике, юстировке аппарата и фиксированию элементов внешнего ориентирования. Аэрофотосъемки можно различать, исходя из масштаба фотографирования. Плановая аэрофотосъемка, в зависимости от получаемого масштаба аэроснимков, разделяются на:

а) крупномасштабную - при масштабе фотографирования крупнее 1:10000,

б) среднемасштабную - при масштабе фотографирования мельче 1:10 000 до 1:30 000;

в) мелкомасштабную - при масштабе фотографирования мельче 1:30 000; 1:50 000; 1:75 000 и предельно до 1:100 000.

Фотограмметрическая обработка плановых аэрофотоснимков весьма проста. В условиях равнинной местности она будет заключатся прежде всего в устранении искажений от несоблюдения вертикального положения оптической оси фотокамеры и от колебаний высоты полета. Для приведения в известность лесов и обследования их на обширных территориях вполне можно ограничиться использованием упрошенных фотосхем, составленных из приведенных к одному масштабу аэрофотоснимков. Возможность использования плановых аэрофотоснимков для таксации леса без предварительной и сложной фотограмметрической обработки (развертывания, трансформирования) является большим достоинством и позволяет сразу же после аэрофотосъемки применить их для полевых работ. В тех же случаях, когда для решения различных лесохозяйственных, и в особенности лесоинженерных задач, требуется составление более точных планов, создаются фотопланы с соблюдением потребной степени точности (при наличии геодезической основы) путем применения метода фототриангуляции и производства трансформирования аэроснимков. Благодаря сравнительно небольшой величине искажений в изображениях леса на плановых аэрофотоснимках пользование ими не вызывает особых затруднений. При продольном перекрытии в 56-60% создается полная возможность стереоскопического их просмотра, оконтуривания участков, дешифрирования различных категорий площадей и земель и составления их описания.

Основным недостатком плановой аэрофотосъемки считается небольшая производительность ее по сравнению с перспективной и планово-перспективной съемки. Но при современном состоянии техники этот недостаток устраняется в связи с применением широкоугольных объектов, увеличением формата аэрофотоснимков и высоты фотографирования. Аэрофотоснимки наклонной аэрофотосъемки с перспективным изображением снятой местности имеют неизбежно резкопеременный масштаб, уменьшающий от переднего плана к дальнему. При этом значительное уменьшение масштаба на дальнем плане вызывает резкое падение распознаваемости заснимаемых объектов и таксационных показателей насаждений. При перспективной аэрофотосъемке в горной местности, в случае наличия резко выраженного рельефа, на аэрофотоснимках получаются значительные искажения ситуации, появляются «мертвые» пространства, вследствие чего на них не фиксируется ряд важных деталей местности. Стереоскопическое рассмотрение таких аэрофотоснимков возможно. Оно лучше на переднем плане и при небольшой перспективе изображения местности. К числу недостатков перспективной аэрофотосъемки относится большая сложность их фотограмметрической обработки. Сущность щелевой аэрофотосъемки заключается в непрерывном фотографировании полосы местности на движущуюся пленку сквозь узкую щель в фокальной плоскости камеры, расположенную перпендикулярно к направлению полета. При целевой аэрофотосъемке происходит непрерывное экспонирование пленки, поэтому контактный отпечаток имеет на рулонной бумаге вид сплошной ленты. Движение пленки синхронизировано с движением изображения, что и обусловливает резкость снимка. Чаще всего щелевые аппараты делаются двухобъективными; один из них широкоугольный - дает мелкомасштабное изображение, другой - крупномасштабное. С помощью этих аппаратов можно производить фотографирование с низких высот полета в облачные дни и в условиях сумерек, получать плановые аэроснимки одновременно в различных масштабах, выполнять стереоскопическую съемку под любым заданным углом.

Аэрофотосъемочная система состоит из съемочной камеры-аэрофотоаппарата, установки для его крепления к носителю и командного прибора автоматического управления съемочным процессом. Аэрофотоаппарат предназначен для построения на приемнике (светочувствительном материале) оптического изображения пространственных характеристик объектов местности. Требования к аэросъемочному аппарату можно подразделить натри категории: обеспечение высоких измерительных, дешифровочных свойств аэрофотоснимка, его надежность и экономичность. От совершенства аэрофотосъемочной камеры в значительной степени зависит качество фотографического материала -- аэрофотоснимка. Аэрофотоаппараты подразделяют по многим признакам, но есть много общего в решении конструктивной схемы: каждый АФА имеет оптическую систему, устройство для хранения и транспортировки аэрофотопленки и корпуса для крепления разных частей аппарата. В конусной части АФА расположены объектив, светофильтр, механизм установки выдержки и диафрагм и в некоторых АФА -- обогрев, чтобы не было запотевания линз объектива при изменений температуры. Для установки бликов, рефлексов на некоторых АФА в конусной части устанавливают бленду. Корпус АФА объединяет конусную часть и кассету, в нем также располагают регистрационные приборы и распределительный механизм, передающий в определенной последовательности движения от силовой установки АФА на механизм кассеты и затвора. В топографических аэрофотоаппаратах с электрическими схемами распределительного механизма нет. Корпус АФА изготавливают из материалов с малым коэффициентом расширения: синилина, дюраля. Транспортирующее устройство аэрофотопленки -- кассета служит для размещения аэрофотопленки, выравнивая фотопленки в плоскости и перемотки на заданный участок. Коэффициент заполнения при конструктировании АФА должен быть не менее 0,95.

Аэрофотоаппарат должен обеспечивать высокие измерительные и изобразительные свойства фотографического изображения. Разрешающая способность оптической системы должна быть максимальной по всему полю изображения. Для современных аппаратов она достигает величины 50 л/мм в центре снимка и 15 л/мм на краю. При построении фотографического изображения должна сохраняться строгая масштабная зависимость, без геометрических искажений объектов местности. Передача модуляции пространственных частот съемочной системой АФА должна обеспечивать резкость и высокий контраст изображения. В оптической системе АФА должны быть минимальные потери света, идущие на построение изображения. Аэрофотоаппараты классифицируют по назначению, величине фокусного расстояния, формату снимка, принципу действия, условиям съемки. Важным требованием является также полная автоматизация всех съемочных процессов (включение и выключение АФА, перемотка пленки, разворот на угол сноса, определение и выдерживание экспозиции и др.). Экономическая эффективность съемочной системы определяется рядом факторов, обеспечением максимальной территории, сфотографированной на одном кадре, что определяется углом поля зрения и высотой фотографирования. Масштаб изображения при значительных высотах съемки должен быть достаточно крупным. Эксплуатационные характеристики АФА определяют его надежность в работе, гарантийный срок работы, удобство эксплуатации.

Типы самолетов, используемых в аэрофотосъемке, и их тактико-технические данные.

Самолет АН-2 является многоцелевым самолетом, эксплуатируемым как для транспортных, так и для специальных видов работ. Наиболее широко применяется самолет в сельском хозяйстве, при аэрогеофизических съемках и при выполнении аэрофотосъемки.

Самолет АН-2 -- одномоторный нормальный биплан расчалочного одностоечного типа, с неубирающимся шасси, с хвостовым колесом (рис. 25). Отличительной особенностью его (по сравнению с другими типами самолетов) является сочетание сравнительно большой дальности полета при выполнении съемок с хорошими взлетно-посадочными данными

Механизация крыльев позволяет эксплуатировать его на необорудованных аэродромах, небольших площадках, в горах и обеспечивает устойчивое планирование на больших углах атаки. Управление самолетом двойное, с левого и правого сидений пилотов. На самолете установлен 9-цилиндровый двигатель воздушного охлаждения АШ-62ИР, закрытый капотом. Для повышения потолка полета силовая установка оборудуется системой комбинированного наддува. Она состоит из турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя двигателя. Этот вариант самолета АН-2 получил наименование АН-6. Самолет АН-6 предназначен для эксплуатации на больших высотах и полетов при аэрогеофизических съемках в высокогорных районах.

Установка самолета АН-2 на поплавковом шасси дает возможность применять его в речных и озерных районах. В этом случае он эксплуатируется как гидросамолет. Аэродромом могут служить реки и озера глубиной 1,2--1,9 м, длиной 850 м и шириной 80 м.

Самолет АН-2 во всех вариантах обладает хорошим равновесием, управляемостью и устойчивостью на всех режимах полета при соблюдении установленных пределов центровок.

При аэрогеофизических съемках и аэрофотосъемке производится доработка самолета АН-2, в полу грузовой кабины оборудуются два фотолюка для установки аэрофотоаппаратов.

Большой люк устанавливается между шпангоутами, справа или слева относительно продольной оси самолета, диаметр его 120 мм. Под второй фотолюк используется штатный люк под бак ядохимикатов диаметром 350 мм. Оба фотолюка закрываются наружными шторками, управляемыми из кабины. За большим фотолюком, у места бортоператора -- люк для установки ОПБ-1.

Для улучшения обзора устанавливаются блистера диаметром 500 м. Один блистер -- в пассажирской двери, а второй справа между шпангоутами. В грузовой кабине могут быть установлены статоскоп С-51 и топографический радиовысотомер РВТД.

Использование самолета АН-2 для аэрофотосъемки наиболее целесообразно для крупных масштабов (от 1: 2500 до 1: 10 000) при съемке небольших участков и трасс. Это производство аэрофотосъемки для специальных видов работ, например, для съемки проектируемых трасс железных, шоссейных до-

рог, линий высоковольтных электропередач, газопроводов; съемки существующих железнодорожных линий и станций, подлежащих реконструкции и электрификации, и др. Для проведения аэрогеофизических съемок на самолете устанавливаются аэрогеофизическая станция и аэрофотоаппарат.

Приемные антенны могут устанавливаться на фюзеляже или киле самолета или выпускаться на тросе.

Основные технические данные самолета АН-2

Длина самолета, м 12,7

Высота самолета, м 5,4

Размах крыльев, м 18,2 и 14,2

Длина фюзеляжа, м 10,1

Полетная масса самолета, кг 4740--5250

Масса пустого самолета, кг 3321--3421

Максимальная скорость, км/ч 250

Диапазон скоростей, км/ч 140--250

Средняя крейсерская скорость, км/ч 180

Практический потолок АН-6, м 4500--5000

Время (мин) набора высоты:

Н = 1000 м 7,6

Н = 2000 м 15,0

Взлетная дистанция, м 690--1000

Посадочная скорость, км/ч 84

Запас горючего, кг 1000

Максимальная продолжительность полета АН-2 . . 7 ч

Состав съемочного экипажа 4 чел.

Несмотря на свои небольшие размеры, самолет АН-2 оснащен комплектом пилотажно-навигационного оборудования, позволяющим выполнять самолетовождение в простых и сложных метеоусловиях днем и ночью.

Недостатком самолета АН-2 является отсутствие на нем автопилота, что не дает возможности автоматизировать процесс самолетовождения.

Самолет ИЛ-14 (в переоборудованном варианте для аэрофотосъемки ИЛ-14ФКМ и ИЛ-14ФК) является основным самолетом для проведения аэрофотосъемки в средних и мелких масштабах. Самолет является двухмоторным монопланом цельнометаллической конструкции с низкорасположенным свободно-несущим крылом. Шасси убирается в полете, оно трехколесное с передним колесом. На эксплуатационных режимах самолет имеет хорошие аэродинамические качества. На нем установлены два двигателя АШ-82Т.

Совершенное спецоборудование, которым оснащен самолет, позволяет производить полеты в сложных метеорологических условиях днем и ночью.

По левому и правому бортам устанавливаются блистера с визирами типа НКПБ. В пассажирской кабине между шпангоутами № 25--33 прорезаются три фотолюка, которые закрываются шторками с электропроводом, и люк для визира ОПБ. Место бортоператора располагается в шахте первого фотолюка. На самолете ИЛ-14 штурман-аэросъемщик располагается за пилотом. При этом трудно производить обзор местности впереди по маршруту, кроме того, возникают дополнительные физические нагрузки при переходе с левого кресла на правое. Этот переход необходим для контроля

захода на следующий съемочный маршрут по засечкам ориентиров. Эти нагрузки особенно сильно сказываются при работе на больших высотах, когда штурману-аэросъемщику приходится пользоваться кислородным питанием.

Основные технические данные самолета ИЛ-14ФКМ

Длина самолета, м 22,3

Высота самолета, м 7,8

Размах крыльев, м 31,7

Номинальная мощность моторов, ГВт 1,198X2

Полетная масса самолета, кг 16 500--17 500

Масса пустого самолета, кг 12 420--13 380

Максимальная скорость, км/ч 428

Диапазон· скоростей, км/ч 150--370

Средняя крейсерская скорость, км/ч 300

Практический потолок полета, м 5600

Время набора высоты (м) и вертикальные скорости

набора высоты Н = 1000 3,4 мин и 5,1 м/с

Взлетная дистанция, м 1020--1060

Посадочная скорость, км/ч 140

Запас горючего, кг 4000

Расход топлива, кг 220Х 2

Максимальная продолжительность полета, ч 5 для ИЛ-14ФК, ч 8

Состав съемочного экипажа 5 или 6 человек

Пилотажно-навигационное оборудование аэрофотосъемочных самолетов ИЛ-14ФК и ИЛ-14ФКМ значительно отличается от оборудования транспортного варианта. На съемочном самолете вместо автопилота АП-45 установлен электрический автопилот АП-6Е с автоматом программного разворота АПР, курсовая система КС, астрокомпас ДАК-ДБ.

Установка более совершенных курсовых приборов и электрического автопилота позволила автоматизировать заход на маршрут и значительно повысить точность прокладки съемочных маршрутов. Кроме того, пилоты были освобождены от монотонной и тяжелой работы по выдерживанию параметров арофотосъемочного полета.

3. Материалы съемок из космоса. Классификация и современное использование в лесном хозяйстве и лесоинженерном деле.

Виды съемок.

Космическую съемку ведут разными методами.

По характеру покрытия земной поверхности космическими снимками можно выделить следующие съемки:

* одиночное фотографирование,

* маршрутную,

* прицельную,

* глобальную съемку.

Одиночное (выборочное) фотографирование выполняется космонавтами ручными камерами. Снимки обычно получаются перспективными со значительными углами наклона.

Маршрутная съемка земной поверхности производится вдоль трассы полета спутника. Ширина полосы съемки зависит от высоты полета и угла обзора съемочной системы.

Прицельная (выборочная) съемка предназначена для получения снимков специально заданных участков земной поверхности в стороне от трассы.

Глобальную съемку производят с геостационарных и полярно- орбитальных спутников. спутников. Четыре-пять геостационарных спутников на экваториальной орбите обеспечивают практически непрерывное получение мелкомасштабных обзорных снимков всей Земли (космическое патрулирование) за исключением полярных шапок.

Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологии съемки.

Аэрокосмический снимок - это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанционной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения.

Космический снимок по своим геометрическим свойствам принципиально не отличается от аэрофотоснимка, но имеет особенности, связанные с:

* фотографированием с больших высот,

* и большой скоростью движения.

Так как спутник по сравнению с самолетом движется значительно быстрее, то требует коротких выдержек при съемке.

Космическая съемка различается по:

* масштабам,

* пространственному разрешению,

* обзорности,

* спектральным характеристикам.

Эти параметры определяют возможности дешифрирования на космических снимках различных объектов и решения тех геологических задач, которые целесообразно решать с их помощью.

Типы снимков подразделяются по обзорности, по масштабу, по пространственному разрешению (Табл. «Типы снимков»).

Типы снимков

Масштаб и обзорность (форма, размер) космических снимков позволяют выявить объекты разного ранга, снятые в одно время и в одном режиме съемки.

Обзорность снимка зависит от размеров участков земной поверхности, отображенной на космоснимке, и измеряется в единицах площади.

Наиболее распространенный размер кадра космического снимка 18х18 см позволяет видеть все изображение одновременно, не “переводя взгляда”, без последовательного обзора.

При увеличении масштаба снимка проекционным путем обзорность снимка сохраняется, а уровень генерализации снижается.

По обзорности (охвату территории одним снимком) снимки разделяют:

1. Глобальные, охватывающие всю планету. Ширина зоны охвата более 10 тыс. км, а территориальный охват составляет сотни миллионов квадратных километров.

2. Крупнорегиональные, отображающие материки, их части и крупные регионы, -- снимки с метеорологических спутников на околоземных орбитах, а также снимки малого и среднего разрешения с ресурсных спутников. Ширина зоны охвата варьирует от З тыс. км у снимков малого разрешения до 500 км у снимков среднего разрешения, территориальный охват составляет миллионы квадратных километров. На одном снимке этого типа изобразится Западная Европа, почти вся Австралия, Средняя Азия, Тибет.

3. Региональные, на которых изображаются регионы и их части, -- это снимки с ресурсных и картографических спутников, а также с пилотируемых кораблей и орбитальных станций. Наиболее характерный охват 350 х 350 км2, 180 х 180 км2, 60 х 60 км2. На снимке подобного охвата изобразится такое государство, как Бельгия, небольшая область, например Московская, крупные мегаполисы.

4. Локальные, на которых изображаются относительно небольшие участки местности, -- снимки со спутников для детального наблюдения и крупномасштабного топографического картографирования с охватом порядка 10 х 10 км2. На таком снимке изобразится промышленный комплекс, крупное хозяйство, небольшой город, а для Москвы потребуется несколько снимков.

Масштабы космоснимков разные: от 1:1000 до 100 000 000, т.е. он может меняться в сто тысяч раз. Самые распространенные масштабы космических снимков: от 1:200 000 до 1:10 000 000.

Масштабы космоснимков зависят от:

* высоты фотографирования,

* фокусного расстояния аппарата,

* коэффициента увеличения,

* углов наклона,

* кривизны земной поверхности.

Пространственное разрешение (или разрешение на местности) определяется размером наименьшего объекта, воспроизводимого на снимке, и определяется по формуле:

Д = m/2N

где:

m -- масштаб снимка;

N -- разрешающая способность снимка, т.е. число раздельно фотографически воспроизводимых черно-белых штрихов на отрезке длиной 1 мм.

Распознавание объектов на снимках зависит от масштаба съемки и разрешающей способности. По соотношению масштабного ряда космических снимков с масштабным рядом геологических карт, принятых в России, космические снимки разделяются по уровням естественной генерализации на (табл. «Классификация карт и материалов дистанционных съемок»):

* глобальные,

* континентальные,

* региональные,

* локальные,

* детальные.

Для сканирующих систем разрешения по маршруту и вдоль строки (края снимка) отличаются и могут изменяться в несколько раз зависимости от угла сканирования, поэтому при дешифрировании используют только центральную (рабочую) полосу. В некоторых случаях при увеличении снимков до минимального разрешения (до 5 линий на 1 мм) они могут охватывать несколько уровней распознавания (генерализации).

Снимки глобального уровня. Космические снимки глобального уровня генерализации получают с высот 20--30 тыс. км.:

* с межпланетных автоматических станций,

* высокоорбитальных ИСЗ (“Молния” и др.)

Масштаб ряда карт: 1:5 000 000.

Космические снимки глобального уровня генерализации охватывают всю или большую часть полушария. Они позволяют:

* выявлять наиболее протяженные глубинные разломы и зоны разломов,

* гигантские кольцевые структуры,

* выяснять характер сочленения крупных структурных элементов земной коры,

* связь поверхностной геологии с глубинным строением литосферы.

Разработки НАСА космической системы глобального мониторинга ЕОS будет включена в первом десятилетии 21 века. Система предназначена для комплексного планетарного дистанционного изучения Земли как единой системы (химический состав атмосферы, движение волн цунами в океане и т.д.).

Предусматривается работа нескольких ИСЗ, передающих информацию каждые 10 мин. в реальном масштабе времени.

Снимки континентального уровня. Космические снимки континентального уровня генерализации имеют малое разрешение. Их получают телевизионными сканирующими системами с ИСЗ “Метеор” и др. Космические снимки этого уровня генерализации позволяют:

* устанавливать структурно-геологические особенности крупных областей земного шара,

* выделять вещественно-структурные комплексы горных пород,

* глубинные разломы,

* проводить или уточнять тектоническое районирование.

Масштаб ряда карт: 1:5 000 000.

Снимки регионального уровня. Космические снимки регионального уровня генерализации отличаются средним разрешением. Их получают фотографическими и сканирующими системами с ресурсных ИЗС “Метеор”, “Лэндсат”, а также с пилотируемых космических кораблей и долговременных орбитальных станций.

Масштаб ряда карт: 1:1 000000 и 1:500 000.

Снимки локального уровня. Космические снимки локального уровня генерализации получают фотографическими системами с пилотируемых космических кораблей долговременных орбитальных станций с помощью высококачественной аппаратуры типа МКФ-6 и с ресурсного ИСЗ “Лэндсат”.

Снимки локального уровня генерализации позволяют:

* существенно уточнить геологическую структуру различных регионов,

* представляют основной материал для геологического картирования в масштабах 1:500 000 и:1 000000,

* для составления специализированных тематических карт геологического содержания, в том числе прогнозно-минералогических.

Эта съемка использует цифровые сканеры, дающие высокое трехмерное изображение. Получаемые снимки пригодны для кадастра и инвентаризации, для изготовления среднемасштабных и крупномасштабных карт.

Масштаб ряда карт: 1:200 000 и 1:100 000.

Снимки детального уровня. Космические снимки детального уровня генерализации масштаба 1:100 000 и крупнее по своим свойствам близки к высотным аэрофотоснимкам и снимкам мелкого масштаба. Получают снимки при фотографировании высококачественными длиннофокусными съемочными камерами с орбит высотой около 200 км. Космические снимки детального уровня генерализации используют (как и аэрофотоматериалы) при космофотогеологических исследованиях.

Масштаб ряда карт: 1:50 000 и 1:25 000.

Все аэрокосмические снимки делятся на:

* аналоговые (обычно фотографические),

* цифровые (электронные).

Цифровые снимки. Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов - пикселов. Яркость каждого пиксела характеризуется одним числом. Аэрокосмический снимок состоит из миллионов пикселов.

Технологические способы получения снимков разные (рис. «Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологии съемки»).

Комплекс обработки информации детального разрешения.

По материалам космической съемки детального разрешения разрабатываются:

1. Цифровые изображения районов земной поверхности с линейным разрешением 1м и 2 м.

2. Цифровые модели рельефа

3. Ортотрансформированные цифровые изображения (фотопланы).

4. Топографические карты различных масштабов.

5. Специальные и тематические карты различных масштабов.

6. Векторные геоинформационные слои (используются при создании специальных геоинформационных систем).

7. Тематически обработанные материалы (оценка экологической обстановки, обстановки в районах экологических и техногенных катастроф, урожайности сельскохозяйственных , состояния лесов и т.д.)

Материалы аэрофотосъемки и космической съемки

Они несут ценную оперативную информацию о размещении и структуре лесов региона, значительно ускоряющую процесс создания карт и позволяющую отразить динамические явления в сложении лесной растительности, вызванные прежде всего антропогенным воздействием (рубки леса, трансформация земельных угодий, мелиорация и др.).

При картографировании, как и при таксации лесов, из материалов аэрофотосъемки и космической съемки используются контактные отпечатки (фотоснимки), репродукции накидного монтажа и фотопланы. Контактные фотоснимки печатаются непосредственно с пленки в снятом масштабе и представляют наиболее информативную и легко дешифрируемую часть материалов аэрофотосъемки и космической съемки. Особую ценность имеют спектрозональные снимки.

Масштаб используемых аэрофотоснимков колеблется от 1:10000 до 1: 80000 и мельче. Чаще же всего при картографировании лесов находят применение снимки масштабов 1:10 000, 1:25 000 и 1:50 000. Космические снимки могут быть самых различных масштабов. Их получают как в результате прямой контактной печати, так и увеличением до заданного масштаба. Наиболее информативна многозональная съемка структуры растительности, в том числе и лесов, полученная с долговременных орбитальных станций типа "Салют".

Репродукция накидного монтажа представляет собою переснятый систематизированный по номенклатуре монтаж фотоснимков па тот или иной участок территории или регион в целом. Она значительно облегчает привязку снимков к местности, их подбор, обзорную читаемость и пользование ими в процессе картографических работ. Масштаб репродукции на 5-10 порядков мельче масштаба снимков.

Фотопланы - это монтаж рабочей части фотоснимков, строго приведенный к определенному масштабу, привязанный к геодезической сети местности и координатной разграфке карт. Они имеют довольно большую рабочую площадь, однако качество фотографического изображения контуров лесов значительно хуже, чем на фотоснимках. Используются в основном при мелкомасштабном (обзорном) картографировании лесов. В отдельных случаях при отсутствии высококачественных фотоснимков могут с успехом применяться при создании средне- и крупномасштабных карт лесов.

Нередко они хорошо дополняют имеющиеся фотоснимки, особенно в полосах смежеств. Изготавливаются фотопланы в различных масштабах, от 1: 5 000 до 1: 1 000 000, в зависимости от целевого назначения и использования. Материалы лесоустройства - лесотаксационные и картографические - играют основную роль при создании лесных карт. Из лесотаксационных материалов при картографировании лесов прежде всего используются таксационные описания лесничеств, отдельных лесных дач или хозяйств.

Они дают необходимую экологическую информацию о лесах, типологической структуре картируемых выделов и их древесных ресурсах, а также об интродуцированных и хозяйственно ценных сообществах, редких видах древесно-кустарниковых пород в составе лесных насаждений. К другим материалам, дающим дополнительные сведения о площади и структуре лесов, относятся сводные таблицы распределения обшей площади но категориям земель, запасов и лесопокрытой площади по классам возраста, лесопокрытой площади по классам бонитета, по полнотам насаждений.

лес обследование ландшафт снимок

3. Лесные картографические произведения, создаваемые при инвентаризации лесов

Самые крупномасштабные лесные карты -- это лесоустроительные планшеты, которые выполняются в масштабах 1: 10 000 -- 1:25 000 на листах формата А2 с рабочим полем по внутренней рамке 40 х 50 см (новый стандарт), либо на листах нестандартного формата с рабочим полем 50 х 50 см (старый стандарт). Разграфка листов может быть произвольной, с таким расчетом, чтобы на каждом листе размещалось полностью несколько лесных кварталов. Минимальным площадным объектом этих карт является выдел -- участок леса, считающийся в целом однородным по параметрам лесонасаждений и лесорастительным условиям, -- учетная единица лесного хозяйства. Планшеты, как правило, выполняются без раскраски площадных объектов с небольшой тематической нагрузкой (площади выделов, кварталов) и являются основным рабочим картографическим материалом для лесного хозяйства. Фактически все вместе планшеты образуют многолистную крупномасштабную карту лесничества. В традиционных лесных технологиях на планшетах выполняется картографическая составляющая проектирования отводов леса, например в рубку, на планшеты также наносятся изменения, произошедшие в результате хозяйственной деятельности либо стихийных явлений.

Следующими по масштабу являются планы лесонасаждений, а также тематические карты, в разграфке планов лесонасаждений, например лесопатологические или карты противопожарных мероприятий. Они выполняются обычно в масштабах 1: 25 000 -- 1:50 000 и показывают лесничество в целом. Форма исполнения -- в складном варианте с размером форматки (клапана) А4 или A3. Фактически это карты на той же картографической основе, что и лесоустроительные планшеты, но более мелкомасштабные и имеющие значительную тематическую нагрузку -- на планах лесонасаждений выделы окрашиваются по преобладающим породам и другим параметрам леса, кроме того, ряд числовых параметров вписывается в специальную текстовую метку -- таксационную формулу выдела, карта дополняется различными точечными и линейными условны ми знаками. Окраска и/или площадной условный знак для выдела зависит от категории земель -- естественные насаждения, лесные культуры различных типов, прогалины, вырубки, сенокосы и др., -- преобладающей породы леса и возраста насаждений. Это, наверное, наиболее нагруженные лесные карты.

Схемы лесничеств различного назначения, включая карты лесов лесничеств, являются следующими по масштабу картографическими материалами. Они выполняются в масштабах 1:100 000-- 1: 500000 на лесничество в целом или на его части. На них, кроме лесных территорий, частично изображаются и территории между лесными массивами -- показываются населенные пункты, транспортная сеть, гидрография. На схему наносятся также все объекты инфраструктуры лесничества -- конторы лесничеств, складов, лесных кордонов, средств противопожарного назначения и др. Карта лесов лесничеств обычно раскрашивается по преобладающим породам с генерализацией выдельной сети. Для других схем того же масштаба минимальной площадной единицей является квартал, а тематическая раскраска может быть различной, например, по степени пожарной опасности. Форма исполнения -- в складном варианте с размером форматки (клапана) А4 или A3 или в настенном варианте.

Следующий уровень лесных карт -- карты лесов субъектов Российской Федерации -- областей, республик, краев. Выполняются они в масштабах 1:200 000 и мельче, минимальной площадной единицей этих карт, как правило, является квартал. Тематическая раскраска карт лесов субъектов федерации может быть различной: по преобладающим породам, по степени пожарной опасности, по степени поражения лесов вредителями, болезнями и др.

И, наконец, самыми мелкомасштабными лесными картами являются карты лесов Российской Федерации в целом. Масштабы таких карт -- от 1:2 500 000 и мельче, а тематика характеризует леса с различных точек зрения и отражает различные стороны производственной деятельности лесной отрасли. Это могут быть и крупные картографические произведения, как Карта лесов России (по преобладающим породам) или Карта лесорастительного районирования по Курнаеву, и небольшого формата -- карты, отражающие статистическую информацию текущего учета лесов по субъектам Федерации. Следует отметить, что на этом уровне не существует жесткой регламентации масштабов и содержания лесных карт, и все зависит от текущих потребностей органов управления лесной отраслью.

Карты трех самых крупных масштабов ряда -- лесоустроительные планшеты, планы лесонасаждений и схемы лесхозов -- создаются лесоустройством в процессе планового цикла работ по инвентаризации лесов. Карты лесов субъектов Федерации составляются либо лесоустройством, либо отраслевыми проектными институтами по заказу Управлений, комитетов, министерств лесного хозяйства этих субъектов. Сроки обновления таких карт могут быть различны и зависят от сроков прохождения лесоустройства, которое не одновременно для всех лесхозов. Карты федерального уровня создаются различными научными и проектными организациями и как научные разработки, и как иллюстрации к отчетным материалам по учету лесов, к проектам развития отрасли, либо как информационные материалы для целей управления лесным хозяйством.



4. Географический ландшафт и его составляющие. Ландшафтный метод дешифрирования АКФС

Географический ландшафт - основная категория территориального деления географической оболочки, основная единица в иерархии природных территориальных комплексов. Эта категория геосистем имеет большое значение для упорядочения разнообразных факторов в ландшафтоведении и в разработке его теоретических основ. Как единица размерности ландшафт занимает особое место, так как расположен на стыке региональных и локальных геосистем. В упорядоченной системе физико-географического районирования ландшафт представляет собой предельную, наинизшую ступень в системе региональной дифференциации эпигеосферы. Объединение ландшафтов в соответствии с региональными закономерностями образует региональные единства более высоких рангов: ландшафтный округ, ландшафтная провинция, ландшафтная область, ландшафтная страна, ландшафтная зона. Зональная или азональная однородность ландшафта проявляется в единстве геологического фундамента, типе рельефа и климата. Эта однородность и определяет генетическое единство ландшафта.

Первоначально термин «ландшафт» в географии относился главным образом к внешнему облику территории или к рельефу (например, «эрозионный ландшафт», «холмистый ландшафт»). Первые научные определения принадлежат географам начала 20 века, в особенности Л. С. Бергу (1913), который видел в нём гармоническое сочетание природных компонентов (рельефа, климата, почв, растительного покрова), очерченное естественными границами, и рассматривал его как «географический индивид» и основной объект географического исследования.

Изучение ландшафта необходимо для разработки научных основ рационального использования природных условий и ресурсов, для улучшения, преобразования и охраны природы. В соответствии с региональной трактовкой - ландшафт понимают как конкретный индивидуальный и неповторимый природно-территориальный комплекс, имеющий географическое название и точное положение на карте.

Помимо региональной трактовки ландшафта теоретическая концепция ландшафтоведения называет ландшафтом конкретную территориальную единицу, состоящую из нескольких элементарных географических единиц. Ландшафт - основная ступень в иерархии локальных геосистем со строго ограниченным набором простых природных территориальных комплексов: фаций, подурочищ, урочищ, местностей, рассматриваемых как морфологические части ландшафта.

Таким образом, с одной стороны, всякий ландшафт в результате развития и дифференциации географической оболочки одновременно является элементом более сложных региональных единств высших структурных подразделений, с другой стороны - представляет специфическое территориальное сочетание локальных особенностей природы. Единство этих двух подходов (сверху и снизу) к ландшафту позволило решить проблему однородности и разнородности ландшафта.

Ландшафт на локальном уровне расчленяется на различные более мелкие геосистемы: местности, урочища, подурочища, фации - следовательно, он внутренне неоднороден. Однако единство геологического фундамента, типа рельефа и климата определяет генетическое единство самого ландшафта, а сам процесс развития ландшафта происходит при одинаковых внешних условиях. Отсюда следует, что разнообразие его морфологических частей не означает неупорядоченности этого разнообразия. Напротив, набор фаций, урочищ и местностей каждого конкретного ландшафта, расположенных в определённом порядке, закономерен и специфичен. Поэтому понятие «однородность» ландшафта диалектически сочетается с представлением о его разнородности.

В современной географии ландшафта он определяется также, как генетически единая геосистема, однородная по зональным и азональным признакам и включающая в себя специфический набор сопряжённых локальных геосистем. Для обособления самостоятельного ландшафта необходимо рассматривать следующие диагностические признаки: территория, на которой формируется ландшафт, должна иметь однородный геологический фундамент; после образования геологического фундамента последующее развитие ландшафта на его пространстве должно быть однородным, как и состав горных пород; местный климат на всём пространстве ландшафта должен быть единым; генетический тип рельефа должен сохраняться один. В таких условиях на территории каждого ландшафта формируется строго определённый набор форм рельефа, локальные геосистемы - фации, подурочища, урочища, местности, которые и рассматриваются как морфологические части, элементы рельефа ландшафта.

Для изучения региональных и локальных геосистем требуется применение разнообразных методов. Локальные геосистемы обязательно изучают в натуре путём полевых исследований, включая стационарные наблюдения и ландшафтную съёмку. Высшие физико-географические единства изучают с применением камеральных методов исследования, анализа и обобщения литературных источников, карт. Познание же ландшафта требует применения комплекса методов: полевых и камеральных.

...