Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Аэрокосмический мониторинг лесного покрова Беларуси

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Аэрокосмический мониторинг лесного покрова Беларуси"



Орпена Трудового Красного Знамен?! Институт экспериментальной боланикч имени В.Ф.Купревкча Академии ¡тук Беларуси

УДК: 634.587 + 631.4:55(571.1)

ПОНТУС Андрей Ромуальдович

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЛЕСНОГО ПОКРОВА

БЕЛАРУСИ

03.00.05. - ботаника 03.00.16. - экология

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

»а соискание ученой степени кандидата биологических наук

МИНСК • 1995

Ребста выполнена в лаборатории флоры к систематики растений ордена Трудового Красного Знамени Института экспериментальной ботаники им.В.Ф.Купревкча АН Беларуси и Республиканском научно-техническом центре дистанционной диагностики природное среды "Эхомир" Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды и АН Беларуси.

Научные руководители: академик АН Беларуси,

I доктор биологических наух,

профессор ПАРФЕНОВ В.И.,

доктор географических нгух, профессор ВИНОГРАДОВ Б.В.

Официальные оппоненты:

чл.-хорр АН Беларуси, доктор биологических наук ЯКУШЕВ Б.И. чл.-корр. Петровской академии наук и искусств, доктор биологически* наук ЧУБАНОВ К.Д.

Оппонирующая организация - Белорусским государственный технологический

университет

I г . £ Л

Защита состоится в '' часов на заседании специализи-

рованного совета по защите диссертаций Д.01.38.01 £ Институте экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купреаича АН Беларуси (220733, г.Мкнск, ул.Ф.Скорины,27).

С диссертацией можно ознакомиться и фундаментальной научной библиотеке им.Я.Коласа АН Беларуси.

Автореферат разослан" С * А/ЛРТ^1995г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций

¿7. Ясс/-

И.В.Рогульчгнко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

В последние десятилетия антропогенные воздействия на лепные экосистемы на-;тольке возросли, что традиционные методы экологического мониторинг? yx.t н.-эбееьечигагот оперативней оценки состояния и динамики лесного фонда, на обширных территориях. Широкое применение азрочосмическил мегодоп з лесном хозяйстве по-юоляет более эффективно решать задачи комплексной оценки лрпреднь.х процессов, определяющих структуру н динамику лссного полсроза» а использование динамических информационных систем акцентирует внимание на оснорна'Г. причинах его преебразо-зания на территориях различного ранга к тем самым прогнозировать развитие лесов, гго является основной целью мониторинга лесного покроьа- Практическая реализация индшафгно-экологическиг принципов лесного дешифрирования разли"ных аэрокос-шческих снимков требует пополнительного, осмыслен:« общих закономерностей прогнил и функционирования лесов, выявления их взаимосвязей с другими хомпенен-•ами биосферы, разработки принципиально новых подходоз к районированию и дкб-Ьереицкааки лесных территорий, а также региональных методоз лесього дешифриро-юния, которых для Беларуси ттоха нет, что является оснозкым препятствием дл« а'иро :ого внедрения дистанционных методов изучения лесов и оперативного котроля их остояния в рамках специализированного лесного аэрокосмического мониторинга. О:-утствие такого рода работ обусловило актуальность настоящих исследований.

Свлзь роботы с крупными научными программами, темами.

Пропсденные исследования входили ь плановые tkmli ИЭЕ им. В.Ф.Купревичэ \НБ. координируемые Научным советом АНБ по проблеме '"Киочогичьские осночы ационалького испочьзова.чил, преобразования и охрани растительного мира": Изменение флоры под влиянием антропогенных (техногенных) факторов" - lS76-S!rr., & го.;, per. 76901011; "Провести оценку стелем антропогенной трансформации разно-ипных природных ксмг.лексов и состояния естественного генофонда в связи с разрз-откой территориальной схемы комплексного использования природных ресурсов и лраны природы Белоруссии" - !981-85гг., № гос. per. 8i ¡01919, РЧТП 75.03р Разработать методы и средства дистанционной диагностик природной среды и сель-<охозянственных угсдич' - lS91-95rr.

Цель и зз»дачи исследовании.

Целью работы являлэса разработка научные огноз и методов применение раз-йчних аэрокосмических материалов (разкорремеяные многозональные схачерные и отоснимки, PJIK изображения, тепловь:е ИК снимки, спектрозональчыс и цветные итерированные слямк^ ь решении проблем регионального мониторинг? лесного ис-ква кз системе тестовых полигонов* как составной части глобальной системы ди-ачииончого слежгнил за состоянием г.рирэдноК среды республики, что требовало гшекия следующих задач:

изучить физические основы дистанционного зондирования растительного покрова и определить ¡често и возможности использования азрокосмических снимков в решении задач аэрокогмическогононнторинга лесного покрова;

дистанционно индикация ландщафтно-1еоморфологк»еской структуры лесного покрове и динамики пр^родно-территоригльньх геосистем различного ранга;

3) на основе анализа фирмационнс-тиггологичгской структуры лесного покрова поли-<-оноз и ул-анэнлениыт ли голого-геоыорфо логических услошй ее формирования раср&бот сть систему территориальных единиц лесного покрова, подлежащих спеже-нлю с помощью аэрохосмкческих средств наблюдения;

4) разработать структуру автоматизированной эхсгеоинформационной системы (ЭГИС), интегрированной с оперативно получаемой космической информацией для решгпия проблем лесного мочиторингг.

Иауччая новизна полученных ретульуртов.

1) На материале исследований дана теор'пнческяя ч метоличксхал оскова применения дистанционных мстодсг. в ре'лечии задач мониторинга лесного локрот.

2) Предложена оригч:нальнгя классификации дешифроьочк.э'х признаков формационно-типологической структуры леснс1'0 погрози, учитывающая автоматизацию этого процесса к основами?« на разномасштабных фотоэталоь ах.

3) На примере Березинскоге ч Солигорского ютоаыч полигонов показана возможность применения разновремеччых материалов ксс»:о- и яэрофотосьемки для прогнозирования дгнамики сложных природных территориальных геосистем исследуемых. территорий.

А) На основе разномасштабных аэрокосуиче'лснх снимкоз показана система соподчиненных территориальных единиц лесного покрова, приемлемы.» для мониторинга и '<ад?..";рсвого учета дистанционными методами.

5) На базе современной вычислительной техники »: оптико-электронных систем обработки многозональных аэроуос.мичеокн/ изображений пока^на возможность оперативной диагностики экологического состояния лесных гкосисггм.

6) По результатам исследований ъ Береэииском бис> ф'-рком заповеднике сделан вывод о целесообразности использования охраняемых территорий в качестве подспутниковых полигонов для проведения комплексных геоэколстичекмх ькегкрчментов с целью получения сравнительных эталонных хирак-л.'р,кпик состояния природоохранных и антропогенных экосистем.

7) Разработана структура ЭГЙС, являющейся технической базой мониторинга.

Пршггическдч значимости полученных результатбв.

Показана гысокал эффективность аэрокосмьческих методов в оперативной диагностике экологичесхого состояния и тематичесхом картографировании на ландшафтной основе лесного покрора в сочетании с гыборочними наземными исследованиями на эталонно-калибровочных ключевых участках. Полученные в ходе работ результаты позволяют дифференцированно проектировать и эффективно проводить на практике мероприятия по, оптимизации лесопользования и охране природной среды в районах сильного техногенгза. Материалы диссертации использованы при разработке "Экологического паспорта Солигэрского района Минской области" (Мч., 1993, РНТЦ "Экс-мир"), при издании препринтов "Основы методики и технологии дистанционной дилгностьк:« земельных ресурсов" (Мн-, 1993, РНТЦ "Экомир") и "Разработка научных основ построения легно-чэ кадастра, методов дешифрирования и использования мзте-рииюв дистанционной диагностики для изучения и картографирований структуры лесного пскроьа и насыщения классификатор;1, кадастра" (Ми., 1994, РНТЦ "Эксиир").

Э|.'О"0!»ич0ска>1 значимость подученных речу.ч» га гов.

Разработанные I ИС "Л«гь:е пожары" ь ЭГИС "Лесное хозяГ.стео" розеопяют ->перап вно и автоматически обнаруживать лгены**. пожары (г. том чьелз и скрытые иг

торфяниках) и прогнозировать все те:суцис изменения в леском фонде, ч-i о уже в ближайшее время может дать значительный экономический эффект.

ймрженкя аиссертациа. выносимые на заиачту.

1) Задачи мониторинга природной средл!, направленные ка оперативную диагностику лесного локрэза с пространствецюй синхронностью наблюдений одновременно на обширных территориях, необходимой периодичностью и объективной регистрацией проиоодящих лроцесюЕ. могут быть наиболее эффективно решены только с использованием дистанционных ьетодои.

2) Разработанные принципы и метода применения различных ачрокосмичг.ских материален, оснозанчые а?, изученных взаимосвязях рйгкефа, четвертичных отложений, почр.гкього по;;рова и л«мой растительности позволяют осуществить лесохозяй-стиенние мероприятие на лаядшафтно-типологичесхой оснозе, с учетом климатических факторСЕ.

i) Разработанная структура к телнологпя автоматизированного учета техуиих измене ний в лсслом фонде с использованием экогео;шформэциокннх систем позволяет строить обоскованный прогноз его динамики и планировать, в связи с этим, ня длительную перспективу стратегию в области рационального использования лесных ресурсов с учетом ожидаомых и зозкккзюших изменений природной Й-редь:.

Личный вклад соисктч.**.

Соискателем разр&ботг.кы теоретические концепции и методические подходы к «пользованию азрохосми"еа:ой информации длл изучения структуры и динамики легкого покрова, сформулировано! ц^ли и задачи аэрскосмн^еского мин.чгориыа лесов и юка?аны пугн их реализации. Все материалы дистанционных съемок отобраны, обработаны и прср.кализлрованц актором по разработанной им программе. В работу вопли материалы исследований, полученные автором с 2981 по 1994гг.

Авпобацця результатов диссертации.

Результаты исследований докладывачись ча Всесоюзном сове-цании Аэракос1.*ический мониторинг лесных ресурсов зоны интенсивного ведения хозяйства' Львов, Н**8ё), на Республиканском научно-техническом семинаре "Эффективность [эрокосмичесчих методов в изучении недр Белоруссии и охр?не геологической среды" Минск, 1988), на Международной науччо-техкичесхой конференции "Достижения ьау-:и и техники в области ресурсосбережения и экологии" (Гсмель, 1989), на II Региональ-юй научно-практической конференции "Проблемы изучен:«! современных гзоло-•ических и по\'.оршоло1 ических промессоз" (Минск, 1989).

Опубликоваиноогь резулуштср.

Результаты диссертации опубликозаны в 1 коллективной монографии, 3 пре-(ринтних изданиях, I слать? и 8 тезисах конференций (в т.ч. и международной).

Структура и обт»гм ддсоертацик.

Диссертация состочт из аегд^г-ия, шести глав, заключения, списка литературы и »риложений. Работа изложена на 560 страницах машинописного текста к содержит 32 аблииы и !50 рисунков. Список литературы в:слючаег 156 названий, из которых тостранных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ОБЩИЙ ОКЗОР ПРИМЕНЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ мгюдов 3 РЕШЕНИИ ?АДАЧ МОНИТОРИНГАЛЕСНОГО ПОКРОПА

Фтические ссноим диствзцйонногц зондирования растительного покрова. Спектральные характеристики растительного покрова определяются в основном

способностью листвы (хзон) отражать, поглощать и пропускать солнечную энергию. Как для дистанционных съемок, так и для обработки спектралчьых данных зонирования существенно то, что кривые спектрального отражения отдельных древесных пород и типов леса имеют свои осо-бгнносги в опредглзннсм интервале дти.ч волн хак в положении пика спектра, так и в конфигурации хрьвоР спектрального отражения (рис- ')•

Гис.1 Спектральная отражательная способность ели, сосны, дуба и бсргзы.

Системы дистанционного зондирования с высоким спектральным разрешением, способные регистрировать такие таксокометричесхк значимые спектральные даш.че, широко используются алл •зыделения. идентификации и картографирования пгсных территорий, совместно с другими дешифровоччыми признаками (i лавным образом текстурными особенностями изображения), а гакже путем отождествления фотоэталонов pan отельного покрова с тем или иным его типом.

Различные тгхнэгеннуе воздействия на лесные фитоценозы вызванные, например, загрязнением тяжелыми металлами диагностируются даже на относительно невысоких по спектральному разрешению изображениях мульгиспехтрального сканера ИСЗ "I-aNDSAT" иЛи МСУ "Фрагмент", что объясняется значительными изменениями спектральной отражательной способности здоровых и больных деревьев, вследствие аномалии положения полос поглощения а-хлэрофилла в инфракрасном диапазоне спектоь (оу.С.2).

OJutnfi о5щ< прнгленекнл различных систем ■Рпстаииионногч зоц^крьраиия для

.•.юпктгрннгп и тРмат1м;скогс карто,~рафиров'ания лесного '¡orepwa

Учнтьша." особенности морфологической структуры лесного покрове (наличие ярусьости полога насазедсний, р?знорысогнос.-и, смешанный видовой состав и т.д.) на

?й

£ ю

* с

с Si

'Я 1 Л0

J 23

с

,т >ч/

—I—

-—г~

<К

-1--1-- 'I

C.V Су* 4.3 1,0

Длмиа ftoau^, чг.м_

.1____ ' i T ——

первый план выдвигается требование к съемочным системам дистанционного зондирования используемых в исследованиях растительного покрова - высокая разрешающая ~~ ~ способность при их работе в оптическом диапа-

зоне волн, осуществляемой а так называемых "окнах прозрачности'1 атмосферы, основные из которых расположены в спектральных интервалах 0,4 - 0,9 мкм, 1,5-1,3 мкм, 2,0 - 2,4 мкм и 8,0 -14,0 мкм. Первые три диапазона соответствуют отраженному растительным покровом солнечному излечению, а четвертый - собственному излучению Земли.

Ркс. 2. Кривые неповрежденных к поврежденных деревьев: !-здоровые, 2- ослабленные, 3 -сильно ослабленные, 4 -5 - усыхающие, ij.. коэффициент спектральной яркости.

Анализируя концепции кгс«. зарубежных космических систем (KSA, ADEOS, JER5, GOES, SPOT, LANDS AT. ERT.S), так v российских ("Метеор", "Космос", "Ресурс", "Алмаз" и т.д.) siO~HO сделать вывод, что основными направлениями развития и применения аэрокосмических методов мониторинга растительного покрова являются, как и прежде,визуальные наблюдения (0,40 - 0,64 мкм), фотографирование (0.40 - 0,92 мкм), спектрофогометрирование (0,40 - 2,5 мкм), телевизионная съемка (0,45 •• 0,75 мкм), тепловая инфракрасная съемка (2,6 •• 5,5 и 8,0 - 14,0 мкм), многоспектральная съемка (0,32 -12,5мк.ч), микроволновая съемка (0,3 см и более), а также активные методы локации. Аппаратур« лнстзыиюиного зондяревзиря и ттери-лям зэрркосмическнх съемок, используем ые it работе.

Изучение ландшафтной и формационно-типолстической структуры лесного покрова проводилось с использованием космических многозональных сканерных. снимков, полученных системами МСУ-С и МСУ-Э, коглофотоснимков, полученных камерами КФА-1000 и МК-4, радиолокационных изображений системы "Алмаз", а также многозональных сканерных снимков, полученных американским ИСЗ "LANDSAT" -системами MSS и I'M. . "

Для эталонирования космических изображений, с целью детального крупномасштабного картографирования территориальной структуры и эколого-фуикционзлькоГ, диагностик» лесного покрова тестовых полигонов применялась аэрофотосъемка многозональными камерами МКФ-бМ и АС-707. АФА-45/20, АФА-42/20, трассовое спек-тромггрировзике многопроцессорной спектрометрической системой "СКИФ", аэро-гамма-снектромй-рической системой "МАКФАР-1Г, трассовым вкдеоспгктралькым комплексом "Г'ЕММА" и тепловым радиометром.

Автор выражает особую благодарность к.ф-м.н. А.А.Ковалеву за научные консультации при подгетовкг работы.

. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ В качестве тестевых полигонов были выбраны Сояигорско-Старобинский и По-лоцк-Нсвопоиоцкий промышленные районы ках территории, нспьлыЕЗющие мощное и разнообразное антропогеннее ьсздействие на лесные экосистемы и Березииский госу-дарсгвеннь.й биосферный заповедник как эталон естественно развивающегося лрирод-но-растйтельного комплекса. Выбранные тестовые полигоны расположены а раз-

б

личных геоботанических подзонах и отражают зональные формационно-типологические особенности структуры явного покрова.

Определение тнпоь леса и ассоциаций осуществлялось по классификации И.Д.Юркевича (1980). Закладку почвенных рачрезов, огбор 326 почвгнных образцов и исследование их механического и агрохимического состава «1ровод:ши по Н.А.Качикскому (1956), И.К.Клинцоиу и К Л.Забелло (1979).

Стационарные точечные объекты (338 ЛПУ) закладывались согласно уетс-дмческим рекомендациям (Вайчис, 1989'). Стационарные площадные объекты, (разномасштабные эталонные ключевые участки, типологические пробпь-.е площади, базовый экологические профиля и трансекты - всего 186 объектов) закладывались согласно рекомендациям "Программы и методики биогеоиенолопнеских исследований" (1966), "Методам исследования и учзта растительности" (1957) с дополнениями и рекомендациями лаборатории геоботаники ИЭБ АН Беларуси (1992).

В процессе решения задач исследоьаний автором использовались оригинальные методики, учитывающие специфику комплексных контактно-дистанционных экспериментов.

ПРИНЦИПЫ К МЕТОДЫ ПРИМЕНЕНИЯ АЭРОКССМИЧЕСКИХ СНИМКОВ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ МОНИТОРИНГА ЛЕСНОГО ПОКРОВА

Стуушгура изображения лесио^ пскроаа на азрокоемнчееккк снимках и деашфро-

вочные прчзьжеи. ,

Структура изображения лесного покрова обусловлена особенностями строения крон, пространственней структурой древостоов и формационио-типологической структурой. В зависимости от масштаба сьемкь выделяются пять теистических групп рисунков лесного покрова на аэрокосмических снимках: ••

1) Рисунок, обусловленный морфологией эаементарныл типов леса к кх ассоциаций -макротекстург (М 1:5 ССО -1:15 ООО);

2) Рисунок, обусловленный определенными сочетаниями лесных биогеоценозов ■• мезо-, микротекстура (М 1:25 ООО - 1:100 ООО);

3) Рисунок, обусловленный мозаичкостые сочетаний лесотипологяческих комплексов -> микрстгкстурс. (М I:! 00 ООО - 1 '200 ООО);

4) Рисунок, обусловленный зональной долготио-климатической и лавдшафтио- гипо-логическс-й структурой лесього покрова - микроструктура (М 1:200 000 - 1:300 000);

5) Рисунок, обусловленный региональной геоморфоього-широтно-климатической и, форыационко-типологической сгруктурой лесов - мезо-, макроструктура

(М 1:300 000-1:1000 000).

По наличию или отсутствию раздельного изображения лесного покрова на разномасштабных цифровых - екгнерных и радиолокационных снимках изображения подразделяются на дифференцированные и интегральные. При наличии прямых, индивидуальных дешифровочных признаков дифференцированные изображения лесного покрова разделились на специфические, а при их отсутствии - на неспецифичсские. Эти критерии обусловили три морфологические группы изображений лесного покрова на аэрокосмических снимках:

1 Сет» ППУ к ТПП на полигонах закладывалась сотрудниками лабораторий гло-бо! аники и продухтиьног.ти лесных экосистем ИЭБ АН Беларуси пр*; участии автора.

- дифференцированное специфическое изображение, дешифрируемое по прямым признакам (тон, цвет, форма, размер, рисунок и текстура изображен!::!, характер границ и т.д., М 1:! ООО- 1:25 000);

- дифференцированное неспецифическое изображение, дешифрируемое по прямым (главным обраяом по геометрическим, текстурным и оптическим) и косвенным (индикационным) признакам, используемых в комплексе (М 1:30 ООО -1:75 ООО);

- интегрально« изображение, дешифрируемое по прямым а косвенным (главным образом ландшаЛтио-геоморфэлогическим и индикационным) признакам (М 1:80 ООО -1:300 ООО, иногда до 1 С00 000).

Ищппгаичзиная роль лесной растительности при дешифрировании почв и четверти «щмх отложений в изучении и системном сьалще морфологической струк-чурь. лесных лгидшафтоз.

Почвы и четвертичные отложения, хак правило, не находят непосредственного отражения на снимках лесопокрытых территорий и требуют слецизльных контактно-дистанционных исследований, направленных нз выявление взаимосвязи между отдельными компонентами природных комплексов. Изучения индикационных свойств лесного покрова проводилось на территории Березинского полигона. В исследованиях исполь-зовачксь космические снимки, полученные многозональным сканирующим устройством высокого разрешения МСУ-Э б 199! году, М 1:200 000.

Во время полевого гталэнирования космических снимков при составлении тгмг.-тичсских карт определялись (уточнялись) типы леса и составлялись подробный уакса-ционно-дешифровочьые характеристики насаждений. В итоге работ получены карты сочетаний типов леса отражающих структуру почвенного покрова и четвертичных отложений.. где типы леса служили индикаторами почво-грунтов, с подробным описанием индикационных дешифровочных признаков лесного покрова и типов четвертичных стлсжений применительно к указанному масштабу и виду космической информации.

Дешифрирование пространственной структуры и определение таксационных показателей дргвостоее по крунцомасштабимм снимкам. На эталонно-калибровочных ключевых участках Полоцкого полигона были определены таксационно-биомегричесхие показателя дреьосгоев путем англитико-изхирителыюго дешифрирования крупномасштабных аэрофотоснимков (N1 1:9 000) на приборе "Стергоанаграф-2 ' и наземных измерений, чю дало эталонные дешифровочнкв признаки горизонтальной и вгртихальной структуры насаждений различного возраста по указанным снимкам. Сдглан вывод о перспективности исследований, связанных с изучением коэффициент ов уравнений линейных регрессий зависимости между диаметром ствола и диаметром кроны .для различных парод (ркс.З*'), учитывая, что разрешение на местности перспективных спутниковых систем используемых для мониторинга растительного покрова достигает 3-5 метров (размер пиксела изображения до Ю-1Ьм2), г.е. вполне достаточное для идентификации отдельных крон, что должно существенным образом улучаит , методики таксационного дешифрирования с использованием космических снимков.

2 Наземные измерения биометрических показателей крон и разработка уравнений линейных регрессий провозились сотрудниками лаборатории продуктивности и устойчивости лесных экосистем ИЭБ АН Беларуси под руководством х.5.н. А.В.Пугачеьского.

Рис.3 Графики линейной регрессии зависимости диаметра ствола от диаметра кроны на ППП 312, 313 и 3!4 дня сосновых древостоев.

Возрастные и ершенные сукцсс-снонт.1? изменили! лесного покрова и возможность их идентификации по раз' ропреместым аэрогеосмичссккм снимем .Последовательные разномасштабные съемки системы ключевых участков Берез »¡некого полигона дали возможность проследить различные стадии сукцессиснных (главным образом восстановительных) изменений лесного покрова на месге старых вырубок и сельскохозяйственных угодий. Комплексный анализ динамики биогеоценозов по ряду повторных съемок позволил составить матрицы восстановительных смей путем вычисления пространственных частот переходов классов (компонентов) системы, по которым объективно и нормированно к площади получены сукцессионкые графы (векторы состояний) используя аппарат цепей Маркова и Марковское свойство. Умножая вычисленные матрицы на зектор конечных состояний классов экосистем можно прогнозировать состояние заповедных экосйстем в ближайшем будущем.

Анализ матриц по укрупненным геосистемным таксонам (на уровне физико-гсогра&ических фаций, урочищ, типа и вида местностей и ландаафтоЕ) выявил экологические тренды восстановления коренных автоморфных бореальчых сосняков га счет уменьшения площади производных Сорадзвчатоберезозых лесов, некоторого снижения площади коренных плакерных сложных суборей и зарастания старых пашен (результат послевоенных рубок и последующего заповедного режима) мелколиственными (главным образом сероол^ховыми и осиновыми) лесами. Показана высокая стабильность коренных лесс-болотных экосистем (сосняков на слиго- и мезотрефных болотах, ельников на эвтрофьых болотах, пушист оберезовых и черно'ольхевых лесов), а также комплекса пойменных дубрав с лрлмесыэ ясеня. Сдеяак прогноз постепенного восстановления усповпо-кореккой формациошю-типологпчесхон структуры лесного покрова северной части полигона.

Дистанционная индикация типов леса в енстслс аэрокосмического мониторинга лесного покрова и составлении кадастра типов леса. Комплексный анализ дешифро-. яочных признаков (с учетом структуры и рисунка изображений) основных типов леса на примере соспозор формации (наиболее распространенной в Беларуси) позволил составить издикацнокно-дешифровочную типологическую таблицу, применительно к используемой разномасштабной азрокосм ической информации - космические изображения систем МСУ-3 и "Фрагмент" (1-3 каналы, М 1:300 ООО), многозональные снимки камеры МКФ-бМ (4-6 каналы М 1:50 ООО), спектрозонсльные аэрофотоснимки (М 1:12 ООО). Полученная таблица содержит наборы разномасштабных лесотипологических фотоэталонов, используемых дщ составления обучающей выборки при автоматизированном дешифрировании формацнонно-типологической структуры лесного покрова на основе сегментации изображений, с использованием соответствующего текстурного классификатора.

Sjty 3,2 ч 4.40^ (Ш ЗШ 6,Б * '.m 3i3>

g2'tэ- 12,8 ♦ 4.713ц, (шш 314)

О 1

АНАЛИЗ ЛАНДШАФТНОЙ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ СЛОЖНЫХ

ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПОЛИГОНОВ С ИСГЮЛЬЗОВ АЧИ ем АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ

Илеьтиункация лйЩидаЛ/тн>тепморфолегмчес«он структуры лсс!:огг погрорк тестовых полигонов. Ландшафтная структура л ген ого покроьа техповьг: полигонов изучалась на системе разномасштабных ключевых участков. Структура поли: сисе на уровне физико-географических фаций изучалась и картографировалась в М 1.50 ООО на участках "¡ер»огс уровня. Структура урочищ и их сочетаний изучалась и картот рафн-роваласг» на ключевых участках второго уровня (М 1:50 ООО) Яг.цдиафтная сгр^тстура (в ранге сложны': местностей и вьда ландшафта) изучалась и картографировалась л М 1:100 ООО - 1:500 ООО ка ключевых участках третьего уровня. Аката? лаьдшафтиой структуры лесного покрова полигонов искажал:

- структура растительного покрова - кадежный индикатор ландшафтной структуры его формирования г- раьге местностей и урочищ;

- система разномасштабных ключевых участков используемая для картографирования ландшафтъо-геоыорфологкчесхой и фьтоценогическоч структур территориальные комплексов различного ранга предопределяег максимально полный охват всего ??:нообрпзия растительного покрова с учетом его ландшафтной супряяакносги;

- лавдшафтно-геоморфол'пичесхив контуры хорошо совпадают с контурами лз-сотипологическчх комплексов и их сочетаний и, по-сущестзу, япллются о-лювой геоботаничкекого, легогипслогического и др. тематического картографирования растительного покрова;

- лесотиполохические исследования на спсгемг разномасштабных ключевых участков показали, что применяемые ныне п лесоустроительььг:". работах таблицы типов леса не встд? отвечают местным лесорасгительчым условиям и и*- в полной мере отвечают созрссшим требованиям ведения лесного хозяйсгва н? типологической основе и нуждаются в ландшафтной корректировке;

- полученные ь результате исследований ландшлфтно типологические :;*ргы могут служить основой длл разработки региональных карт типов леса ^а ланц-шзфтной основе. ■

Эколпптчсекис грогиотярлрзш«» 'динамики сложных пргродио-территориальных систем полигонов на «слове г«озтэрчых разновремечимх еюмок.. Динамика сложных экосистем изучалась на сети разно,чгсштабпых кгасчгвых участков заложенных на территории Березинского и Сочигорсксго полигонов на которых, в зависимости ст масштаба испольуемых снимков, дешифрировались классы згмельных угодий и п'пы лесных биогеоценозов (и их сочетаний) с рероьтностыо 42-98%. В работе нслользосаны аэрофотоснимки 1954, 1975, 5992гг. (Березиаский полигон), 1951, 1959, ',971, 198?гг (Сслиг орский полю он), а трюке космические многозональные скакерныя и фотоснимки М 1:100 000 19Я5 - 1991гг. . По снимкам первого срока сьем::и вычислялся вектор начальных состояний V:, з по снимкам ьторого срока съгмхи - векгор :<он^-,нь:х состояний VI й матрица переходов М|.; меъспу ними (<ачс.4). Оценка дчнимикк экосистем производилась пс введенному (В«ноградоп: 1976) параметру зволюниы сложной экосистемы С:

С ~ С><) - Сщ ■= 2,4 С) - С*,

гдеХ^Сц - сумма простраистяечних частот прямых переходов (К.))- - сумма обратных (¡>,|). • .

Дчя построения модели динамики исследуемых гхоскстем в виде графа пространственны е частоты переходов (изменений) компонентов (классов) сложной скоспстемь:

относились к исходному вектору V!, в результате чего получали стохастические нормированные матрицы вероятностей переходов ме;клу классами за один шаг времени, сумма элементов которой в каждой строке равна единице (рьс.5).

Геоэко/.йги"еавая классификация классов (компонентов) сложной экосистемы

^лючеыого участка 1.3. Олигорского полигора:

ПАШ - осушенные и автсморфные пашни с торфянистыми и дсрково-подзолистыми почвами на аллювиальных песках, приуроченные к склонам и понижениям моренной равнины;

ЛУС - естественные и осушенные сенокосы с цшроколкгтнозлаковоргьнотравной растительностью, местами згхустаренные и окультуренные;

ВЫП - естественные пастбища с >сколкгтнпзлаково-беднора;жотравной растительности», на лугозыя оаодзолгнных почвах;

ХВС - хвойные (сосновые) леса на д-рнорс-подзолистых песчаных почвах ли-шайнкково-кустарнитесвой серии типов леса, занимающие возвышения полого-волнистой аодно-ледниковой равнины;

ХВК - хвойные (сосновые) леса на дерново-подзолистых супесчаных почвах эеле-номошно-кугтаркичкоеой серии типов леса, с небольшой примесью дуба и березы, на склонах водно-ледликовой равнины;

ШХС - широколист Бенчо-хвойпые леса на дерноьс-подзолистых супесчаных лотаах, орляково-кисличнозеленомошной серки типов леса, на пониженных склонах моренной равнины;

ШМЗ - шкроколистьечно-мелколиственкыг леса на дерново-подзолистых супесчаных торфякисто-глеевых почвах зеленомошно-черничной и кустар-ничково-долгсмошиой серии типов леса, на склонах озерно-аллювиальной раьнины;

ИММ - поросль и молодняки мелколистзенных пород на дерноео-педзолистых песчаных и супесчаных почвах, возникшие в релультате сырубки коренных широколиственно -сосновых лесов;

СВМ - средневозрастные и спелые производные мелколиственные (преимущественно бородзвчатоберезовые) леса зеленомошно-черничной серич типов леса на дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах, г.а пониженных склонах водно-ледниковой равнины;

ОСМ - производные мелколиственные леса орлчково-киспично-скытевой серии на дерново-подзолистых и дерновых суп-хчако-суглинистых почвах, средневозрастные и приспевающие, на месте коренных дубрав, занимающие слаборасчлененные хорошо дренируемые склоны моренной равнины:

ОЛТ - коренные черноолъховые леса осоково-таволговой и пркручейно-травяной сорил типов леса приуроченные к низинам водно-ледниковой равнины, на торфяно-болотных г.очвах;

МКС - ивоьо-тополевая поросль на заболоченных сенокосах и выработанных торфяниках;

БОЛ - белота верховые г. сосняками сфагновыми, переходные осохово-сфагьовые, низинные осоковые, занимающие котловины и низины озерно-д'шювиальноЛ, водне-ледьчгкэвой к моренной рлшшн;

ВЫР - р-.^рубки до 10 лет с .тфослыс мелколиственных и гульг/рами хвойных пород;

ТОР - торфоразработки;

СКР - лесные культуры (более 10 лет) хвойных пород, рже шпроколпетьенчых;

ВОД - ведохранилища и озеро,

РЕК - реки, ручьи;

КАН-каналы ги^рогехкчческиесоорухения;

ДОР * дороги всех типов, просеки;

СЕЛ селитебные комплексы (горнопромышленные и урбанизированные)

Il

Классы geoôuû ж J1X БЫГ X&C XBK jliKC пда ад 0W <73.2 олт 1- МКС БОЛ 1" выр|тор СКР ВОДНИК КАН ДОР СЕП 19£5

; НАШ 33 ¥i! 4017 m? 37".г ни 2W7 «а 268,3 :м.е 144 э 5^67 2

J1VC чем ММ! IIS.» 239.« я« 210Э I2Ô.S 2I0SÎ 73.9 згьа i>53 «г 26.' .05м?о

ьып гиз I76Î !I6|9 l'i.t 21.1 шиз 123 83 (41 17ь0 5

хьс гэг лгтг '259 4'_1 IC37 гоы 1091 2098 3

XSK <6.6 !«s.f 51.4 |ги m SS.I JSI MS.9

шхе 12.3 tas га& 17?. 507.! CfijîGi 95 6.3 ЮЗ.! (Ш 853.4

шмз 714 гм.7 1С7Л Ш. 44 S 557 as Î3.5 S3Ï.0

ПМИ 5(7' 27B.{ IÏ8J 99.4 зм 23iS 7Я.5 sa 7 гш яв 53 fl ЙЯ36

сак 87.G S'.' «S 65.4 И5Л 245 г 1ES 5.7 лог

осм 74.1 sss SU ни siîiau 6.5 «3 2

опт 555.! гке N133 3771 £Л5 № Й14 ем !Ji£

МКС 19.8 <3.2 25.5 ¿36.5 ел ¿76« 19/5 IÎI; 46М 38.7 -- аэ 6.5

БОЛ 2753; юа} «OJ ИЗ еьг 55.г да 4£1 Ш г?.( 111 SO'5.7

! ВЫР 117 •Zi <7.г EU 443 25.7 1« 5.9 ^4.(5 (S75 ее-./ 5.5 2.3 г.1 V-L7

ТОР 33.1 143 27.7 « 14 1.6 1:2.3

СКР 1P4 z.i 0.4 . г! ч

вод 40.S S.G t.t 72 4.3 5М 0.С 120.4

РЕК 2.1 20.Î :s.i 5.2 «б1! 3.1 1Й.4 2579

КАК 2f.C fS2 IA5 2Ш S.I ПРО

ДОР 172 1ЧЧ H5 13.3 »го г« гд 'ЗСА

СЕЛ ИВ <0.3 S3AI E4G а

'.533 Ж> 2541 mi 507.ï таз 1 що 1'ЙИ 1 30»3 SV-t 323.1 SS3< да КУЦ! 31 SS?/, ЛИ 4СОиО

Рис.4. Матрица просэр.знсгвсянь'х частот [(ги) переходов классоз (компонентов) сложной геосистемы ключевого участка 1:3. Соллгорского полигона составленная 110 повторным аэро- и косм'.-снимкаи 1959 и 1589гг. (Расшьфровху классов см. в тексте).

Из этой матрицы может быть получена вся информация о динамике компонент ов системы, представленной в виде цепи Маркова. По суммам (площадям) вероятности взаимных переходов классов можно судить о динамичности ландшафта в целом.

Для ключевых участков полигонов рассчитан экстраполяциолныи прогноз по вычисленным матрицам переходов компонентов экосистемы М^ и вектору хо-чечных состояний V2. умножением которых, получали прогнозную матрицу Мп м вис-юр прогнозных состояний компонентов (классов) земельных угодий сложных экосистем Vn на базовый период, равный сроку между первым и конечным (последним) сроком съемки (з исследованиях соответственно на 38 и 30 лет дперед) при линейном характере динамики и на треть базоеого периода - при нелинейном (рис.6). Из всех переходов классов (компонентов) сложных геосистем Солигорского полигона (в пределах ключевых участков) только 16,3с (по площади) относятся к естгстгс" »• сукцессчонным изменениям (главным образом вторичным восстановительным) - аир. . тание старых сеиок-осоя, ».астбищ, поя/члекче поросли мелколиственных пород и куль-

ур сосны на г,ь:р,.боганных торфяниках и лссных вырубках и т.д. Большая чзсть гшо-цади переодев (83,8%) принадлежит к антропогенным сметам (отчуждение и вы-' руок? леса, гидротехническое осушение заболоченны ч земель I: прилегающих лесов, сенскссов, уьеличи'ис площади пашни, селитебных земель и т.д.). В дальнейшем, согласно анализа прогнозных матриц, будет наблюдаться некоторая стабилизация иг.сле-дуемых ландшафтов. Пс результатам экологического прогнозирования динамчки

Рис.5. Пространственная блчунсовэя модель динамики сложной геосистемы кл.ечепого участка !.3. Солсгорского полигона, гсуроояьг.я по повторным ачро- и космоскнмк^м 1959 л !93Сгг.

сложной экосистемы ключевого участка третьего уровня Солигорского полигона разработаны практические мероприятия по оптимизации природной среды Солигорского промышленного района, суп, которых, сводится к рекультивации нарушенных ландшафтов, ус пленного контроля за хранением технологических соленосных отходов и зп внесением органических и минеральных удобрений нг> сельскохозяйственные угодья, проведению комплекса фитомелиоратизных мероприятий.

Хлутл I . ¡рвЗяй {ПАВ. ВЫ" же хьк идс шнз П№ сам осм ОЛТ МКС БОЯ еыр ТОР СНГ вэд РсК|КАН ДО? (3 <мэ

| пдш |га< да 5Й2 агг^ 575.2 3842 га» б-'ЮЗ «32 :га1 !£0Л5А

ЛУС ¡Ш1 5X3 1262 63.1 адо гьо 55.г ^0.0 €552 а.; 1911 13.1 Ш «ас 3311.5

ВЫЛ 27« гз;.( 165 27.7 15Щ 152 118 «.5 ЛЛМ

хвс Н1 17242 <55.7 К.З гкл гяз пи ггз^.в

хек НО №5.11 И8 213 еэ.7 5X3 5ЧЯ «333.7

ШУ.С 76 6.) иг гзм 5«.г 5.5 газ 5071

шмз •55.0 | 5« ггг5 по 215 ал 12.6 15.0 ! 6Ь «05

ЬМИ ¿710 '.9-15 (ПО (гал 7« гья 171.2 57.1 чгл кал.ггл 13.5 4.3 5.6

сам ¿5.5 1115 ¡ш! 315.5 А!о£|г5.7 I 9.7 12гаг 1

55.9 50.3 1 103.3 та ¡73.?. | 5.г МЬ.О

олт »7.6 31.! СИ 59« 158.5 г775]237.сГ газ 33.5 ¡зЗ!.Г<

МКС ¡',3.6 7.2 Л; 35 гои ЮЗА ',2.3 ¡2513 .... 5М Е.5 ЕЗВ.З

еол ¡ад «.г а'. и аа 0.6 0.7 Л7 0.5 0А а.?.

ВЫР ¡523 зп «ад 1588 «(9.1 С'. 5 Г>7 Со" С5.2 'М12 15 Е 73 5.3 ','¿23.1

ТОР 675А Етгг гаи П.9 5553. Ц

С'ЛР 775.) 1011 17.2 ЗИЛ

МД зи; 61.3 аг 61.5 41 '.ого з

РЕК 0.3 с.г ! •Я1 0.1 г.о 3.1

КАП и к гг.г г?в (5.7 555. к

ДОР 2Н.З 212 «5.Э газ (7.7 З'.оД '(.г ^ !

СЕЛ «Л 1ч1 725.5

2019 гя? 31735 . 1 за г №717 аза; ггъ ел^ггг? 553.7 гат ш ггал да 0.1 5ЕЗЗ№0<< га '.0000 |

Рнс.6. Прогнозная матрица пространственных частот Г(га) переходов классез (кэмпскедтов) сложной геосистемы юпочгзсго участка 1.3. Солигорского полигона составленная по матрице Мтп и вычисленному гсктору сосгокннй 7га.

АЗРОКОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ

ПРОЦЕССОВ В ЛЕСАХ

Концепция, общие принципы построения и функциональная структура аэрокос-шческ-огр мониторинга лесов. Аэрокосмический мониторинг лесов представляет собой ;омплексную систему наблюдения, изучения, оперативной оценки состояния и прогнозирования динамики лесного фонда. В основу его положена совокупность дистанционных и наземных средств и методов получения, анализа и преобразования, передачи, юкументирования тематической информации о структуре и динамике лесного покроза, I также доведения этой информации до потребителей. В рамках аэрокосмического мониторинга лесов предусматриваются следующие основные функции: планирование и доведение комплексных коитахтно-дистанциоиных исследовании: мчогофуккцно-1альная тематическая интерпретация, обработка и хранение дистанционной и наземной «формации; создание регионального банка данных о лесном фонде различного тематического содержания и различных уровней генерализации; постоянное совершенство-»ание технических средств систем получения и тематической обработки информации о зесном фонде.

В структурном отношении ээрокосмичегкий лесной мониторинг должен состоять <з нескольких функционально взаимосвязанных блоков: блока ландшафтно--еоморфологического разномасштабного районирования и картографирования лесного фонда, блока охраны лесов от пожаров и блока, включающего оперативный кон-гроль фитосанитарного состояния леса, оценку ущерба, причиненного лесам стихийными бедствиями, промышленными выбросами, а также слежение за порядком лесопользования и лесовосстановления с учетом всех текущих изменений в лесном фонде. Функциональная схема аэрокосмического мониторинга лесов показана на рис.7.

Рис.7. Функциональная схема аэрокосмического мониторинга лесов.

*чО'-М!гчеслая стузаль

аетео1 исз

•&71

егтчзеззе теор"

][

гсс^-гс&е' "&53

{Авторе тзгтесхлг "хосьагчвскаа

'ЭТ-пятатй * «п.

долговреиевны*. орбггал* манлвя ж гыитг&еиие

гораЗпг щ

граглкля "с^черкая Тосррв?Зйи? { """Фотогргфяческая иногозоя&льчдл] ч-гн^ср<асая Ч ¡1 / ия^оршш / ,---

___.—--^ч ■ I С--. , _ _ л _■■ . I г гггг.

Оценка форманионного состава лесов я идентификация условий и типов эколо гических факторов функционирования лесчмх экосистем по разномасштабным ззрокос мнческим снимкам на ландшафтной основе. Мелко- и среднемасштабные космоснимкч (М 1:1 ООО ООО - 1.500 ООО) обеспечивают индикацию формационной структуры лесиогс покрова, на уровне макроструктур - групп формации, зонально-климатически сопряженных с индивидуальными формами макрорельефа и литологией почвообразующц? пород.

Среднемасштабные космоснимки (М 1:500 ООО - 1:200 000) обеспечивают тако* уровень индикации формационно-типологической структуры лесного покрова при котором, лесные формации дешифрируются по признаку неоднородного увлажнение почв, обусловленного морфоструктурой рельефа и литологией почвообразуюших пород, подразделяясь на леса автоморфные, полугидроморфные и гидроморфные, не уровне микротекстуры лесного покрова, соответствующей сочетаниям трупп типов лесг и территориально сопоставимой с ландшафтными местностями (сложными урочищами).

Крупномасштабные космические и аэрофотоснимки (М 1:100 000 -1:50 000) выявляют по прямым дешнфровочным признакам мезотекстуру лесного покрова на уровне подгрупп типов лсса и простых сочетаний лесных биогеоценозов, имеющих эколого-ценотическое сходство и принадлежащих к одному элементу мезорельефа и, следовательно, однородному составу почвообразующей породы, соответствующей ландшафтным простым урочищам.

Крупномасштабные аэрофотоснимки (М 1:15 000 - 1:5 000) выявляют по прямым дешнфровочным признакам структуру лесного покрова на уровне макротекстуры, соответствующей типам леса и их простым сочетаниям (ассоциациям), сходным в эколо-го-иенотическом отношении и приуроченным к элементарным формам микрорельефа и одной г.очьообразующей породе, территориально сопоставимы;.: с ландшафтными фациями.

Мелко - и среднемасштабные космические снимки обеспечивают индикацию (по косвенным дсшнфрсвочным признакам) экологических режимов функционирования лесных экосистем различного ранга (с учетом ландшафгно-геоморфологической структуры территории). В этом случае используется эдафо-типологическая матрица, на одной оси которой, показан ряд увеличения пироморфизма (от автоморфных сухих лесов до болот), а на второй - ряд трофности (от олиго- до евтрофных), с учетом цифровых моделей рельефа и структуры четвертичных отложений.

Оьеика возможности использования радиолокационных (РЛЮ изображений для мониторинга и учета лесных ресурсов. Результаты дешифрирования РЛК - изображений системы "Алмаз" (М 1:100 000 - 1:200 000) показали, что радиофизические методы дистанционного зондирования лесных ресурсов позволяют оперативно получать информацию, приемлемую для среднемасштабного районирования, тематического картографирования и учета лесного фонда, оперативного обнаружения и мониторинга динамики лесных пожаров в условиях задымленности и облачности, контроля за лесопользованием и лесовосстановленнем. учете текущих изменений в лесном фонде.

Территориальные единицы лесисто покрова, подлежащие наблюдению н кадз'-тпо-р-ОЕ.у учь^-у (описан.-ю) лиезакнкинныуи ихтоламп. Для решения .задач аэрокосмическою мониторинга лесоа необходима иерархическая система классификации лесного пс/рога, учитипэ.ошоя три кто'-езых принципа: фермацноннммюлого-геомирфоюумческий подход к выделению территориальных (лаьдшрфтных' единич леслсгл покрова; лк^олою генетической однородности выделяемых структур: LO.ipc.c-таикс детализации эдафоценотичееккх хльссифчкаиионных критерием по мер? дробле-ьих тлкгюьоа, согласованных с информационными возможностями аэрокссмичесхих

яимков. В работе показаны пять уровней дистанционной индикации территориальных труктур лесного покрова, построенных на геолого-геоморфологических принципах: единицы первого уровня даны по ассоциациям типов рельефа на уровне типов и класса лесных формации (М 1:1 000 000- 1:500 000);

единицы второго уровня (космические изображения М 1:500 С00 - 1:200 000) выделяются по макроформам рельефа, где критериями служат геоморфологическая структура территории и уровень фигоиндикации соответствует формацконным комплексам и их сочетаниям;

единицы третьего уровня (космические изображения М 1:200 000 - 1:100 ООО) выделяются по меэоформам рельефа, а фитоиндикационный уровень соответствует экологическим модификациям по степени увлажнения формационко-типологичсских комплексов:

единицы четвертого уровня (аэрокосмические снимки М 1:100 000 - 1:50 000) выделяются по микрофермам рельефа, на уровне групп типов леса;

единицы пттогоуровня (аэрокосмичесхиеснимки Ы 1:50 000 • 1:10 000) выделяются по локальным элементам форм рельефа, а уровень фчтоиндикгцнк соответствует элементарным типам леса с подразделением на вез категории возраста.

Чесопитологическнй мониторинг лесных экосистем с применением спек!розональнмх и шогозональных снимков. Основная задача лесопатологического мониторинга • ранняя шагностика различных биоповреждений лесного покрова. Средиемасштабные много-ональные космические снимки МСУ-Э (М 1:200 000) обеспечивают диагностику ослаб-¡енных насаждений (до 30% дефолиации) после соответствующей цифровой обработки сказанных изображении и их синтезированием з условных цветах. Олтико-элгктронная обработка многозональных космических скакерных снимков МСУ-Э (1-4 каналы) и аэрофотоснимков МКФ-6М (?., 4,6 каналы) на системах УАР-2 (режим "соотнесение") и Спектр-Д" (режим "синтез") выявили биоповреждения (корневая губха, зодныа стресс) ¡есного покроза на территории Солигорского полигона. '

Иистанционнме методы в решение проблем рамнеГт диггиостикв и ггрогнгечрования лес-tux нохезрав. По рез)'льтатам исследований разработана структура '.еоинформацион-тон системы "Лесные пожары", включающая подсистему сбора и обработки оперативной космической (изображения систем МСУ-Э и МСУ-С, "Алмаз"), авиационной [телевизионные изображения системы "ГЕММА" ч зональные аэрофотоснимки камеры \C-707) информации и подсистему многофакторного моделирования, на основе графической рабочей станции, работающей в среде UNIX, цифровых топоосновах и моде-тей рельефа, на основе ::оторых, производится долго-, средне- и краткосрочные про-"нозь: пожарной опасности в лесах и дается оптимальный расчет сил и средств по лока-:изашш и уничтожению уже возникших пожаров.

Тематическое картогрьфироаамис лесного покрова по материалам дчетанчиониых сье-ичк. Широкие вошожьссти тематического картотрафирован^л лесного покрова на хноне аэрокссмичесзсой информации вытекают из специфики самих сьимков, которые как в аналоговом виде, тах н после цифровой обработки являются источником состав-пения многочисленных карт. На территории тестовых полигонов построены серии разномасштабных теь.атичесхих карт (геоботаничесгие. эколего-раднационные, динамические •• отражающие современную динамику лесного покрова), с использованием космических сканерных скимкоз систем MSS и ГМ Landsat (М i-JOO 000), лзрофого-с:шмхов, полученных камерами МКФ-6М, АФА 42/20,41/20 (М 1:50 000 - 1:10 000).

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЛЕСОВ НА РЕГИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-

ТЕХНОЛОГИЙ

^спользовз.'те спутником,тх систем глобольного познцяоняровзнип CPS н я;ia.ui-

ресурссв. Современные экогеоинформационноте системы (ЭГИС) используемые для мониторинга лесных ресурсов и решения различных лесохозяйственных задач обязательно имеют "жесткий" планосо-координэгио-высотный "каркас", являющийся связующим элементом всех слоев информации, представленной тематическими картами, планшетами и разномасштабными снимками. Получить такие трехмерные координаты позволяют спутниковые системы GPS, получившие большое распространение в мире. Кроме этого, с помощью систем GPS и аналитических (цифровых) стереофотограммет-рических приборов (типа "Стереоанаграф-2"), производят планово-высотную привязку различных планшетов, плаиоз лесонасаждений, их оперативное обновление, путем тематического дешифрирования аэрокосмическнх снимков с последующим наложением на картографические материалы. Кроме того, указанные приборы позволяют автома-тичестш получать цифровые модели рельефа местности с нанесением на ниг различных тематических карт - структуры лесного и почвенного покрова, уровней загрязнений различными поялютантами лесных экосистем (с учетом ландшафтной структуры) на основе каталога координат опорных точек, полученных системами GPS.

}Jpj!}_»limy построения автоматизированной системы лесонидснтпризанионнмх работ. плянирочяння. организации и развитии лесного хозяйства. Создание такой системы предполагает интеграцию подсистем сбора и хранения различной тематической (лесоустроительной, метеорологической, лееопатологнческой и др.) информации, о рамках единой дистанционной ЭГИС, являющейся технической базой аэрокос-мичсского мониторинга лесов. Основой совмещения указанных подсистем служат разномасштабные цифровые топографические основы с заданными координатами. Структура и функциональная схема системы показана на рис.8. Важное место в этой системе отводится подсистемам автоматизированного дешифрирования аэрокосмической информации на основа текстурного анализа и сегментации изображении, с использованием обучающих эталонных выборок и специального классификатора; динамической подсистеме, интегрированной с информационной базой данных разновременных аэрокосмическнх съемок, предусматривающей ьзаимоналожение и сравнительный анализ снимков определенных территорий для составления синтезированных динамических карт. Организация динамической подсистемы ЭГИС предусматривает получение различных динамических карт лесного покрова и составление прогнозных карт с применением адекватных математических моделей (двух типов) динамики лесных экосистем, отражающих структуру происходящих смей и имеющих входные параметры, получаемые при дистанционных измерениях.

Первый тгЯ1 - имитационная модель динамик» древостоев, входные параметры которой получали по аэрофотоснимкам (М 1:12 ООО) путем аналитико-измерительного дешифрирования на приборе "Стереопиаграф-2" и наземным измерением. Модель реа-лизоьана в системе PC MotLnb. Сравнение результатов полученных при полевых (эталонных) исследованиях и имитационного моделирования показала их высочузо сходимость (ошибка 10-]2%), что свидетельствует о перспективности дальнейшей разработки К р!?ЯЛЙЗ?;Ц!!!1 МОД?.1?!!. ОбШИЙ ВИД МОДУЛЯ! ' ' Динамика древостоец в i-м классе¡определяется уравнением: л. .*. t _ *

Г7,

[ЩГо'ГЗ^ТёЖИьЯ Я5рИ1Т Ц.С^ор оо йЗмёнениях и ль с. ном $онце

"> ЗыЛерочнз-мчерительн™ таксации пщеле» цля изучения признаков цеяифриро»аиия

3 ^ск^риромние сничко»

• Оценка клчест"". таксации леса по ван|:ш пегв'шслительнщ таксации

р-СЬ

нЗорочно- |

- I

} Кя'-еральчие корректирование таксационные показате 1 измеки'ниоя • результате естественного

роста чго'осгое»

АРХЧД ' I.Шины лесонасатцеВД ?..Таксационные описания З.Плагаети лесоустройства 1.Планы организации и развития лесного хозяйства

ГЕ

I Космоазроснички 1--:—

'Т

РЧ

Цк^ровч.чке и.1"енени1, || •аямеикк* » "еж»н»ентагг-ризаттсижД пегизц ||

) шифрование иэ^ененниЧ, 11

УЧыя'.тенмых « речулътатегт

гГ'~

! I

КоррвКТИрОВКЗ ЦИфрОРЬК! планово-картсгре^ичес-! ккх и уаксационннс цшнч:

Иорректировка даиньк

по результат« пчлевоп* обследования

База цифровых ПЛ1НОВО-картоготЛическкх таксационных и экологических цдкньвс Коррекгеровка ЦИфрОВ!« тзксачионнис и экологических данных по результатам дешифрирования

Дешифрирование

" I

Цифрование скичког

I

"Привязка'' оцифрованных аэрофотоснимков к плано-во-картогрвфкчееюЯ основе

|Сонту рнои к таксационное адаифркрйанив, нитрирование ягалогичесюсс данных__

1=1

Понаюе обследование

| | I Плзчаеты лесоустрочств* ( * с коченениячи

| Таксмлониые описания

| а) съе'»очно-геочезическив равоти | I «> глааг>ерно-кз"вр,т«*ьиа* таксация и с Лор экс угичвсхюс цаинкх

) выборочно перечислитель»»*

I таксация видело»

г) оСелецомние хода естествен кого внзобновления деса

I ц) сбор »»терто«

I для разраэотккироекта

, ояг'ни.-мгаи и развития

| азснрго хозлютга из

I после д'/опи1 рввкзхонки}

| период

Ьрироввния | Цифрзнике результатов Г ' > ^ деяифрироеания | |

I Проект плат организации } | и развития лесного хоз1Дст^4

Проакт плана проведения экологически* чероприягЯ

и

План, проведения эгэлогических

мероприятия

Рис.Р. Структура и функциональная схема лроохозяйотвенной ЗГЛС.

<2(0* НДО^ЛЛГиГЛ'т««) / Б1( Р(г)- (Н-г))<И*

т&сттмь

где Н1 - высота дерева; П1 - диаметр ствола; В1 - высота до начала кроны; 1Л - пло-шадь листовой поверхности дерева; N! - численность деревьев в ¡-ом классе (N0,; = 1 ,N7. Величины О, В, Ь, N. имеют свои значения для каждой породы деревьев.

Второй тип - модель, построенная на основе положений Марковских процессов, в виде простых или сложных цепей Маркова, реализация которой нами описана в четзертой главе. Общий вид модели:

£<п-М(!) = БвтП'Мп+О = в^я и т.д., Р{М(о}=Мв+«, где .*>(,) - вектор-строка площади зслассов экосистем з ¡-и момент времени; Мщ - мптрина вероятностей переходов, соответствующая 1-му интервалу времени; - оператор, описывающий изменения вероятностей переходов во времени.

ВЫВОДЫ

Для решения задач, связанных с изучением лесного покрова, контролем и прогнозированием динамики лесного фонда, наиболее эффективен и целесообразен комплексный подход, осуществляемый в рамках специализированного дистанционного мониторинга, рассматриваемого как составная часть автоматизированной экогеоинфор-мациокнон системы управления лесным хозяйством республики, предусматривающей получение и оперативное использование различных материалов космической съемки в сочетании с выборочной тематической аэрофотосъемкой, спектрометрированием и др. видами специальных съемок, комплектированных с наземными исследованиям)! на специальной сети тестовых полигонов и эталонных ключевых участков, расположенных во всех геоботанических подзонах.

1. Методологической основой аэрокосмического мониторинга лесного покрова должны стать руководства, содержащие региональные методы лесного дешифрирования разномасштабных аэрокосмических материалов, разработанные па ослопе изученных закономерностей формирования структуры (текстуры) изображений с привлечением максимально возможного набора эталонных дешифровочных признаков, кндикяцисгшо-дешифроЕочных таблиц, отражающих типологическое разнообразие лесов республики.

2. В качестве природной основы аэрокосмического мониторинга лесного покрова целесообразно принять разномасштабное ландшафтное районирование территории.

3. Результаты работ показывают теоретическое и практическое значеьие применения разномасштабных аэрокосмических материалов в изучении пространственной структуры лесов и закономерностей ее формирования в савнснмости от лесораститель-ных условий, особенностей территориальной классификации лесного покрова- что может быть использовано при расчете оптимальной лесистости ландшафтов, подверженных сильному техногенезу.

4. Установлено, что с возрастными изменениями древостоев связанных с динамикой состава насаждений, численности и биометрических параметров деревьев, меняются вертикальная и горизонтальная структура древостоев и, соответственно, тон, текстура и структура изображении. Свойство синхронной динамики морфологии структуры полога насаждений и особенностей ее изображения на разновременных снимках, можно использовать для дистанционной оценки сукцесснонных смен пород, таксационного

- Модель разработана совместно с сотрудниками ВЦ АН Беларуси под руководством канд. 6из.-мат,наук Г.П.Кузнецова.

автоматизированного дешифрирования с применением таблиц хода роста и динамических моделей.

5. Геоморфологическая структура лесных ландшафтов, а также геологический состав поверхностных отложений с учетом климатических условий, являются ведущими факторами формирования экологических режимов функционирования лесных экосистем, определяющие современную формационно-типологическую структуру лесного покрова и ее текстуру изображений на аэрокосмических снимках.

6. Дистанционная диагностика динамики растительного покрова должна осуществляться путем периодически повторяемой (в зависимости от динамичности объектов) аэрокосмической съемки в сопоставимых масштабах, длинах всшн электромагнитного спектра, технических условиях и т.д., совмещенной с синхронными наземными биогеоценотическими исследованиями на специальных подспутниковых тестовых полигонах, расположенных как в зонах значительного техногенеза, так и условно фоновых территориях (заповедники, охраняемые территории) для сравнительного экоценомлт-рического мониторинга глубины н масштабов антропогенного воздействия на природные экосистемы.

7. Для повышения эффективности аэрокосмического мониторинга лесного покрова необходим прогноз динамики лесов с выявлением перспективной формаиионнс-типологической структуры на 20 - 50 лет вперед, на фоне которого, периодически составляется текущий прогноз (на 5 - 10 лег) в связи с возникновением возможных редакций лесных экосистем на различные вида экзогенного воздействия. Для составления такого прогноза целесообразно использовать матрицы пространственных частот переходов дешифрируемых классов (компонентов) природных экосистем по повторным съемкам, используя математический аппарат цепей Маркова и Марковское свойстзэ. Результаты прогнозирования должны быть положены в основу принятия решений по оптимизации природопользования и определения перспективных хозяйственных режимов в районах сильного техногенеза.

8. Успешное функционирование системы аэрокосмического мониторинга лесного покрова предопределяет тссную интеграцию дистанционных и наземных среаств в методов получения информации о лесном фонде в рамках специалнзированной экогеоин-формационной системы, в функции которой вхедят: сбор, обработка, анализ, хранение, документирование и передача информации о состоянии лесов до потребителей, принятие управленческих решений, направленных на оптимизацию лесопользования и ведения г.есного хозяйсгва в целях восстановления и увеличения ресурсного н защитного потенциала лесов, что обеспечивает большой практический и экономический эффект.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Пэнтус А.Р. Некоторые особенности развития живого напочвенного покрова и естественного возобновления древесных пород лесных сообществ с связи с вырубками и пирогенным воздействием. /У Молодые ботаники Литовской и Белорусской ССР по выполнению продовольственной программы СССР: Тез. доки. конф. - Вильнюс, 19SS -С.58-60.

2. Парфенов В И., Лслешсв A.A., Кудин М.В., Понтус А.Р. Опыт применения крупномасштабной аэрофотосъемки в ислях дистанционного мониторинга оценки состояния вырубок. Ц Аэрокосмический мониторинг лесных ресурсов зоны интенсивного ведения лесного хозяйства: Тез. докл. конф. - Львов, 1988 - С.80-82.

3. Локтус А.Р, Романова МЛ. Дистанционный мониторинг природных и антропогенных экосистем. // Эффективность аэрокосмическлх методов в изучении недр Белоруссии и охране геолотическон среды: Тез. докл. Республиканского каучно-тсхнич.семинара, Минск, 1988. - C.i ÜM22.

г* -

4. Парфенов В.И., Лспешсз A.A., Кудин М.В., Почгус А.Р. Аэрокосмический мониторинг динамики природных и антропогенных экосистем Белоруссии. // Материалы »V съезда ГО БССР: Тез. докл. конф. - Брест, 1989. * С.92-93.

5. Понтус А.Р. Научные основы создания системы дистанционного мониторинга -и индикации динамики природных п антропогенны?' экосиаем (на примере Белоруской ССР).//Материалы междуиар. научно-технкч.конф. "Достижения науки и техники

в области ресурсосбережения к экологии", - Гомель, ¡989. - С. ¡63.

6. Тарасевич Ю.Л., Понтус А.Р. Основные критерии выделения стацчи при почвецно-зоологическом мониторинге в лесах Белоруссии: Тез. дохл. Регионального семинара "Научные исследования t заповедниках и принцип« ргзргботкч регииналь- ' ныл npoipaMM для заповедников лесной зоны Европейской части СССР', Рахов, 23-25авг. 19S0r. Ужгород, 1990. - С. 107.

7. Лепешев A.A.- Понтус А.Р. Изучение динамики структуры почренного покрова лессоаых отложений с помощью материалов аэрофотосъемке: Бюлл. Почв.икст. ВАСХКИЛ. - I99C. - N47,- С. 55-56.

8. Лепешев A.A., Понтус А.Г. и др. Анализ к прогноз динамики агросистем совхоза "Сушанский" Лепелы.кого р-на Витебской обл. по разновременным аэрофотоснимкам: Материалы иаучно-произв. конф., посвященной 60-летию БепНИИПА, Минск, 24-28июня 1991 г. Минск, 1991. - С. 55-56.

9. Состояние наземных фктоценозов а зоне Игналинской АЭС в предпусковой перкод/А Жукаускас, Ю.Вирбицкас, А.Лякавичус и др. Вильнюс, 1991. Т.9, гл.1,5, С/»-10, 85-175.

10. Понтус А.Р. Дистанционный мониторинг природных и антропогенных экосистем: Материалы VI делегатского съезда БРБО. Домжерицы, Березинскии заповедник. 26-28 мая ]9i>2r. - Минск, ¡993. С. ЯЗЗ-255.

11. Губил E.H., Моооз Г.М., Ковалев А.А . Лнштван И.И., Обухсвскнй Ю.М., Понтус А Р. Основы методики и технологии дистанционной диагностики земельных ресурсов Пренринт/РНТЦ "Экомир" Минприроды и АН Беларуси. - Минск, I9S3. -142с.

12. Матвеев A.B., Пиштван И.И., Ковалев A.A., Павловский А.И., Бордон Б.Е., Матвеева Я.И., Боровикова A.M., Костюкевич С.Б., Почтус А.Р. Эколого-ррдиационный паспорт административного района (на примере Солигорсксго района). - Препринг/РНТЦ "Экомир" Минприроды и АН Беларуси. - Минск, 1993. - 78 с.

13. Голод Д.С., Сидорович Е.А., Ковалев A.A., Понтус А.Р., Ловчий М.Ф., Лучков А.И., Пугасевский A.B., Мотьшь М.М. Разработка'научных основ построения лесного кадастра, методов дешифрирования и использования материалов дистанционной диагностики для изучения и картографирования структуры лесного покрова и на-сыщеиня классификатора кадастоа. - Препринт/РНТЦ "Экомир* Минприроды и АН Беларуси. - Минск, 1994. - 287 е.).

Р Э 310 м э

Понтус Андрэй Рамуальдав1ч

"Аэракасличшл мэмторынг лясвога покрыва Беларус»"

АЭРАКАСМ1ЧЯЫ МАН1Т0РЫНГ, ДЭШЫФРАБАЛЬНЫЯ АДЗНАК1 ДЫНАМ1КА ЭКАС1СТЭМЫ, ДЫСТАНЦЫЙНАЯ ДЫЯГНОСТЫКА, КЛЮЧАЗЫ УЧАСТАК. ЛАНДШАФТНАЕ КАРТАГРАФАВАННЕ, ПРАГ'НОЗ.

На астэме рознамасштабных эталонных ключазых участкау, пунктау пастгшша-га улжу 1 базавых экал дпчных прафшях, закладзеных на Пслацюм, БярэзшскЬ: (на базе Бярэзшскага бксфернага запаведшка) 1 Сашгорск/м тэставых пал ¡гонах, вывучана ландшафтная 1 фзрмацый.п-тыпалапчная структура ляскога покрыва зазкачаных тэрыторый па матсрыялах аэра-1 хасм1чных здымак.

У вышку комплексных кантакт'на-дысганиыйных эксперыментау атрымгнь: эта-

ч

лонныя дэшыфравальныя адзнак) структуры ляснога покрыва у ррмшшенш дч розных матэрыялау дыстанцыйнага зандзфавання (шмагзакальныя фота- 1 сканерныя здымш, занальныя здымы1 радыелакацыйныя адлюстраванш).

Па ссрылх пауторчых роз1:ача-.овых здымкзу на тэрыторыях Бярэзшскага I Сал1горскага пал:гонау састаулены экалапчнн прагноз дь:намия склад?ных прыродча-тэрытарыяльных с!стэм у межах ключавых участкау рознага рангу. Па пышках пра-1наз1раванкл на тгрыторьч Сал1горскага пашгока прапанаьаны комплекс мерапры-емстаау, накфаваных на опть'шзацыю прыроднага асяроддзя пал1гона. Зроблены зы-вад аб "перспектыунасц', аэракасмг-:ных сродкау наз;рання для вир&шэння праблем, звя-заных з ?калапчнь;м мак>торынгам ля сны:; экас;стэм, раннлй дыягностыкай розных бЬпашкоджаьняу ляс,юга покрыва I яго рознамасштабным тэматычным картаграфа-вапнем чг ландшафтнан аснове, з прымяненнеы сучасных зка! еа;нфармацыйных астэм.

РЕЗЮМЕ

Поитус Андрей Ромуалъдович

"Аэрокосмнчсский мониторинг лесного покрова Беларуси"

АЗРОКОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ, ДЕ! ЦИФРОВОМ НЫЕ ПРИЗНАКИ, ДИНАМИКА ЭКОСИСТЕМЫ. ДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА, КЛЮЧЕВОЙ УЧЛСТОК, ЛАНДШАФТНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ, ПРОГНОЗ.

На системе разномасштабных эталонных ключевых участков, пунктов постоянного учета и базовых экологических профилях, заложенных на Полоцком, Берлинском (¡¡а базе Березинского биосферного заповедника) и Солигорском тестовых полигонах, изучена ландшафтная и формашюнно-тспологическая структура лесного покрова указанных территорий по материалам аэрс- и космических съемок.

В результате комплексных контактно-диетзнционных экспериментов получены эталонные дешифрозочные признаки структуры лесного покрова применительно к различным материалам дистанционного зондирования (многозональные фоте- и ска-нерные снчмки, зональные гнимки и радиолокационные изображения).

По сериям повторных разновременных снимков на территорию Березинского и Солигорского готигоноэ составлен экологический прогноз динамики сложных прн-родно-территориальных систем в пределах ключевые участков различного ранга. По результатам прогнозирования на территории Солнгорского полигона рекомендован комплекс мероприятий, направленных на оптимизацию природной среды полигона. Сделан еывод о перспективности аэрокосм;;ческих средств наблюдения для решения проблем, связанных с экологическим мониторингом лесных экосистем, контролем и прогнозированием динамики лесного фонда, ранней диагностик!* различных биопо- ; зрсждешш лесного покроп?. а также разномасштабные тематическим картографированием лесов на ландшафтной основе, с использованием современных экогссинформа- . цигнных систем. I

SUMMARY

Pontus Artdrey Romualdovich

"AERIAL-SPaCE AiONITCRlNG OF FOREST COVER IN BELARUS"

AERIAL-SPACE MONITORING, DECODING FEATURES, DYNAMICS OF ECOSYSTEM, REMOTE SENSING, KEY SITE. LANDSCAPE CARTOGRAPHY. PROGNOSIS.

Landscape and typological structure of fcrest cover were studied on a system of multiscale standard key sites, bas'c ecological profiles and points of constant control located in Poioiik, Btrezinski and Soligonk districts ining aerial and space photogiaphs.

As a result of coruact-'eniote experiments, standard decoding features of forest cover stiucture were received (inultlspccual photo and scanner images, spectral and radiolocation images).

Using mult'tempcral images, ecological prognosis of the dynamics of complex natural-territorial systems is made fcr Berczinski and Soligorski testing grounds. As a result, a number of measures for optimization of Soligorsk testing site uwironment wis recommended.

It is advisable to use aerial-space method; for solving tasks related to ecological moni'oring of forest ecosystems, control and prognosis of forest fund dynamics, early diagnostics of different biodamages of forest cover. t:s r.iultiscale thematic mapping on a landscapi basis ir. complex with standard ground information for verification of remote surveys using modern geoinfor.nation systems

Ttwas MO K AH ECCF. IS*'/". Mhhck