Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Дистанционные методы при изучении и учете лесов Сибири

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Кармазин, Александр Устинович, Йошкар-Ола



А 7/" ">

[

/

РОССИЙСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИЗАЦИИ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ СО РАН

На правах рукописи

Кармазин Александр Устинович

У

ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ И УЧЕТЕ ЛЕСОВ СИБИРИ

06.03.02 «Лесоустройство и лесная таксация»

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Йошкар-Ола, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение ........................................................................................................................................................................................2

Глава!. Современное состояние вопроса........................................................12

Глава II. Аэрофотосъемка лесов........................ ........................................................38

1. Технические средства аэрофотосъемки....................................38

2. Природные условия лесной аэрофотосъемки................46

3. Аэрофотосъемка лесов под облачностью................................58

3.1. Дешифрирование таксационных показателей насаждений по аэроснимкам, полученным в ясную

погоду и под облачностью............................................................................64

3.2. Анализ количества съемочного времени по районам Сибири.................................................................84

4. Сверхкрупномасштабная лесная аэрофотосъемка 98

4.1. Рекомендуемое время и условия для производства крупно- и сверхкрупномасштабной аэрофотосъемки в районах Сибири между 50-70° с.ш.................... 111

4.2. Дешифровочные признаки для спектрозональных аэроснимков масштаба 1:1000-1:1500..................... И4

4.3. Достоверность дешифрирования таксационных показателей по сверхкрупномасштабным аэроснимкам ........................................................................ 121

4.4. Выявление и оценка насаждений для проведения химического ухода за лесом с помощью аэрофотосъемки ...................................................................

Глава III. Аэротаксация лесов и других категорий площадей на

основе аэрофото- и космических съемок....................... 155

1. Исследования достоверности определения таксационных показателей при аэротаксации лесов............. 156

2. Определение степени возобновления и состояния вырубок.......................................................................... 165

3. Аэротаксация шелкопрядников и гарей...................... 171

4. Аэротаксация ветровалов и буреломов..................... 178

5. Предлагаемая краткая методика аэротаксации лесов и других категорий площадей на основе космических фотоснимков...................................................... 185

Глава IV. Разработка дешифровочных признаков для космических снимков с целью составления карт лесов, геоморфологического и ландшафтного описания крупных регионов страны.................................................................. 188

Глава V. Дешифровочные признаки для спектрозональных и

черно-белых многозональных фотоснимков масштабов от 1:1000000 до 1:25000............................................. 212

Заключение ............................................................................................. 255

Литература ............................................................................................. 258

Приложения ............................................................................................. 2"78

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Дистанционное изучение лесов и прежде всего в Сибири, по-прежнему остающимися малодоступными для наземной таксации и недостаточно изученными во многих регионах продолжает быть актуальной проблемой, более того острота ее усиливается в связи с необходимостью организации непрерывного лесоустройства, экосистемного мониторинга лесных и нелесных территорий, решения многих оперативных и целевых задач в области охраны лесов от пожаров и энтомовредителей, оценки чрезвычайных ситуаций, аренды лесов и ряда других видов работ.

Предстоящие объемы исследований и практических работ в области дистанционного изучения лесов изложены в концепции развития лесного хозяйства России (Сухих, 1989; Синицын, 1989), составленной под руководством академика РАН A.C. Исаева и академика РАСХН А.И. Писаренко.

На период 1996-2000 гг. в Сибири предусмотрено проведение лесоустроительных работ на площади 31,5 млн. га. Запланированы ежегодная инвентаризация лесов на базе космической и выборочной крупномасштабной съемок (24,2 млн. га), учет текущих изменений в лесном фонде, вызванных стихийными бедствиями, энтомовредителями, хозяйственной деятельностью потребителей лесов (7,5 млн. га). На базе крупномасштабной аэрофотосъемки (АФС) должно быть продолжено освидетельствование лесосек для получения наиболее объективных данных о состоянии вырубленных площадей на площади 333 млн. га. В целях расширения кормовой базы пастбищного животноводства планируется геоботаническое обследование северных пастбищ (7,5 млн. га).

Обширный объем предусмотренных работ может быть выполнен только с применением дистанционных методов, причем организованных в

системном виде, как в общем плане, так и технологическом, что составляет основную цель исследований.

Цель и задачи исследований. На основе анализа предшествующих работ и собственных результатов, полученных в течение 40 лет (1957-1997 гг.) и в большинстве случаев внедренных в практику лесного хозяйства Сибири предусматривалось обосновать, регламентировать и апробировать на примере решения ряда практических задач технологическую систему производства аэрофосъемочных работ (ТСПАФС).

Для достижения этой цели были поставлены и выполнены следующие задачи:

1. Обосновать проведение аэрофотосъемки лесов в любых масштабах под верхней , а в крупно- и сверхкрупных масштабах и под средней облачностью.

2. Изучить и установить количество ясных дней со 100 и 50 % продолжительностью, а также число дней с верхней и средней облачностью для территории Западной и Восточной Сибири.

3. Определить условия и время для производства крупно- и сверхкрупномасштабной АФС для районов Сибири в пределах 50-70° с. ш.

4. Составить карту аэрофотосъемочных зон и периодов проведения лесной АФС в Сибири.

5. Обосновать производство крупно- и сверхкрупномасштабной лесной АФС с легких типов вертолетов МИ-2 и самолетов АН-2 с установлением степени достоверности дешифрирования таксационных показателей по полученным аэроснимкам и с разработкой дешифровочных признаков для основных лесообразующих пород Сибири: сосны, кедра, пихты, ели; для

лесных непокрытых лесом площадей, вырубок, гарей, прогалин по спектро-зональным аэроснимкам масштаба 1:1000-1500.

6. Разработать дешифровочные признаки для черно-белых и спектрозональных космических снимков (КС) и снимков, полученных при многозональной КС, установить возможность составления карт лесов, методик для ландшафтного и геоморфологического описания сравнительно больших по площади территорий страны.

7. Доработать методику аэротаксации лесов и других категорий площадей на базе космических фотоснимков.

8. Разработать рекомендации по выявлению и оценке насаждений для ироведения химического ухода за лесом с помощью аэрофотосъемки.

Научная новизна исследований. При разработке и внедрении технологической системы АФС впервые обосновано ее проведение под верхней и средней облачностью в зависимости от масштаба съемки; установлено количество ясных и со 100 и 50 % облачности продолжительностью, а также число дней с верхней и средней облачностью; определены на территории Сибири аэрофотосъемочные зоны и периоды лесной АФС на основе фенологического состояния основных лесообразую-щих пород и лесорастительного районирования и практических дат начала и конца проведения аэрофотосъемочных работ; установлена достоверность определения таксационных показателей по крупно- и сверхкрупномасштабным аэроснимкам; разработаны дешифровочные признаки для спектрозональных аэроснимков масштаба 1:1000-1:1500; определены условия и время для производства крупно- и сверхкрупномасштабной АФС для районов Сибири в пределах 50-70° с.ш.; разработаны рекомендации по выявлению и оценке насаждений с помощью АФС для проведения химичес-

кого ухода за лесом; разработаны методы аэротаксации лесов и других категорий площадей на базе самолетной и космической съемок с одновременным составлением аэровизуальных признаков, установлением наилучших технических средств, природных условий проведения аэротаксации лесов, психофизиологическим обоснованием предлагаемых новых технологий применения дистанционных методов при изучении и учете лесов Сибири. Разработаны дешифровочные признаки для основных лесообразующих пород Сибири по спектрозональным и черно-белым многозональным космическим снимкам, на базе которых составлены карты лесов для опытного полигона в Томской области. Разработаны краткие методики ландшафтного и морфологического описания ряда крупных регионов страны.

Практическая ценность результатов исследований. В процессе разработки и внедрения технологической системы АФС работ (1957-1995 гг.) по заданиям б. "Леспроекга", б. Гослесхоза СССР автором были составлены:

- Рабочие правила по аэроназемной (комбинированной) таксации леса при IV разряде лесоустройства с применением вертолета МИ-1 (утверждены 6 мая 1962 г. Техсоветом Западно-Сибирского лесоустроительного предприятия).

- Рабочие правила по аэротаксации лесов в III разряде лесоустройства (утверждены Техническим советом б. В/О "Леспроект", ноябрь 1965 года).

- Разработаны рабочие правила по использованию вертолетов и самолетов на транспортных работах при лесоустройстве (утверждены Техническим советом б. В/О "Леспроект", ноябрь 1965 г.).

- Составлена "Технология аэротаксации вырубок с вертолета" (утверждены Техническим советом Западно-Сибирского лесоустроительного пред-

приятия 23 декабря 1965 г.).

- Разработаны "Методические указания по таксации непокрытых лесом площадей с вертолета (утверждено Техническим советом ЗападноСибирского лесоустроительного предприятия, 1967 г.).

- Методические рекомендации по подбору и оценки насаждений для химического ухода за лесом с помощью аэрофотосъемки (использованы при выполнении хоздоговора в Томской области в 1979 г.).

- Методика проведения аэрофотосъемки под верхней и средней облачностью (принята к производству Западно-Сибирским, Восточно-Сибирским лесоустроительными предприятиями и 6 летным отрядом гражданской авиации).

- Разработаны дешифровочные признаки для черно-белых и спектрозональных космических фотоснимков и для черно-белых многозональных фотоснимков масштабов 1:25000, 1:50000-1:70000, 1:200000 и 1:1000000, по которым с достаточной достоверностью составляются карты лесов отдельных территорий (резервных лесов) страны.

Обоснованность выводов и рекомендаций. Проведенные научно-исследовательские работы, которые явились основой наших выводов и рекомендаций, содержали большой экспериментальный материал. Для доказательства возможности АФС под облачностью нами были получены наземные данные с территории 12,9 тыс. га (использовано было 1000 фотоснимков), измерительным путем все таксационные показатели. АФС этой же территории выполнена в одни и те же часы дня 14 и 15 июля 1979 г. в ясную погоду и под верхней облачностью. По полученным аэроснимкам определялись измерительно-аналитическим путем двумя исполнителями под руководством автора все необходимые таксационные показатели.

Полученные результаты сравнивались между собой, обрабатывались математико-статистическим способом, в результате чего были получены принятые в статистике показатели, которые являлись основой для научных выводов. Такая же методика обработки материалов была принята и при теоретическом обосновании дешифрирования таксационных показателей по крупно- и сверхкрупномасштабным аэроснимкам и достоверности определения таксационных показателей с вертолета при аэротаксации лесов и других категорий площадей.

Деление территории Сибири на аэрофотосъемочные зоны и периоды лесной АФС проведено на основании изучения фенологического состояния основных лесообразующих пород в определенные сроки вегетационного сезона по лесорастительному районированию Г.В.Крылова (1958). Практические даты начала и конца АФС экипажами гражданской авиации, фиксируемые автором на протяжении 15 лет, подкрепляют полученные результаты. При разработке оптимальных условий и времени лесной АФС в крупно- и сверхкрупном масштабах были изучены фотографические и дешифровочные качества аэроснимков, полученных в различных дневных, сезонных сроках, а также в различных атмосферно-оптических условиях.

При разработке дешифровочных признаков для спектрозональных аэроснимков масштаба 1:1000 и 1:1500 теоретической основой являлись цвет лесообразующей породы, общий цветовой фон формации, конфигурация лесного участка, местоположение его, микроструктура участков на аэроснимке.

Разработанные дешифровочные признаки для спектрозональных аэроснимков масштаба 1:1000-1:1500 явились теоретической основой для установления и подбора по ним участков смешанных молодняков с целью

проведения химического ухода в них.

На защиту выносятся следующие основные положения технологической системы АФС:

1. Проведение аэрофотосъемки под верхней и средней облачностью.

2. Дешифровочные признаки для черно-белых и спектрозональных космических снимков и для снимков, полученных при многозональной космической съемке (доказательство возможности составления в различных масштабах карт лесов, ландшафтного и геоморфологического описания сравнительно больших по площади территорий страны).

3. Дешифрирование таксационных показателей по крупно- (1:20001:10000) и сверхкрупно-масштабным (1:2000 <и крупнее) аэроснимкам с разработкой дешифровочных признаков для основных лесообразующих пород Сибири (сосны, кедра, пихты, ели, осины, березы) и для лесных непокрытых лесом площадей (вырубок, гарей, прогалин) по спектрозональным аэроснимкам масштаба 1:1000-1:1500.

4. Краткие методики аэротаксации лесов, вырубок, гарей, ветровалов и буреломов на базе космической и крупномасштабной самолетной фотосъемок.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом 40-летних (1957-1997 гг.) комплексных исследований, проведенных автором по заданию и тематикам б. Гослесхоза СССР, б. В/О "Леспроекта", Российского института химизации лесного хозяйства, Института экологии природных комплексов СО РАН.

Все исследования выполнялись под руководством и непосредственным участием автора в содружестве с Западно-Сибирским и Восточно-Си-бирским лесоустроительными предприятиями. Автор был исполнителем

при выполнении АФС, аэротаксации лесов и других категорий площадей, а также и при обработке полученных материалов, составлении отчетов, научных и практических рекомендаций, составлении методик и новых технологий.

По результатам исследований Западно-Сибирское и Восточно-Сибирское лесоустроительные предприятия с 1976 г. выполняют крупно- и сверхкрупномасштабную аэрофотосъемку под верхней и средней облачностью с использованием карты аэрофотосъемочных зон и периодов аэрофотосъемки. Разработанные дешифровочные признаки и теоретически обоснованное аналитико-измерительное дешифрирование крупно- и сверхкрупномас-штабных аэроснимков-позволило производить АФС в этих масштабах как в ясную погоду, так и под облачностью и применять ее при освидетельствовании мест рубок, таксации резервных и пустынных лесов, гарей, шелкопрядников, ветровалов, буреломов, пастбищ и т.д. (справки пр. 13/1-318 и пр. 1-319 от 2.03.89 г., а также справки Восточно-Сибирского лесоустроительного предприятия). 6 летным отрядом Западно-Сибирского управления гражданской авиации выполнена АФС лесов под верхней облачностью на площади более 2 млн. га (справка 6 летного отряда, приложение 7).

Разработанные нами рекомендации по использованию аэрофотосъемки с целью подбора участков молодняков для проведения в них химического ухода за лесом утверждены Ученым советом ВНИИХлесхоза 9.06.89 г. и приняты производством.

Разработанная технология аэротаксации лесов с вертолета за период 1957-1986 гг. позволила изучить и привести в известность леса Сибири на

площади 80 млн. га с экономией денежных средств и высвобождением трудовых ресурсов (справка пр. 13/1-1-318 от 2.03.89 г. и № 348 от 01.07.89 г.).

Впервые на вертолете проведено описание ветровалов и буреломов в производственных целях в Маслянинском лесхозе Новосибирской области. Западно-Сибирском лесоустроительным предприятием б. В/О "Леспроект" принята методика аэротаксации вырубок с вертолета (уд. № 12, от 25.12.65г.). Западно-Сибирским и Центральным лесоустроительными предприятиями применялась наша методика аэротаксации шелкопрядников и гарей при инвентаризации последних в Томской области и Красноярском крае. Методика аэротаксации вырубок, шелкопрядников и гарей вошла отдельным разделом в "Справочное пособие по таксации и устройству лесов Сибири" (Красноярск, 1965, С. 270-274).

Восточно-Сибирским и Западно-Сибирским лесоустроительными предприятиями в настоящее время проводится обследование гарей, шелкопрядников, ветровалов, буреломов на базе космической съемки используя методику, разработанную автором для аэротаксации лесов (см. справку).

Публикации. По результатам исследований автором опубликовано: 3 моног�