СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОХРАННОСТИ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ
METHOD FOR DETERMINING SAFETY OF FOREST RANGES

Изобретение относится к области исследования древесной растительности, в частности к способам определения сохранности лесных насаждений с использованием аэрокосмической съемки.
Из литературных источников [1-5] известны методы аэрокосмического мониторинга экосистем, включающих лесные насаждения, и исследования их состояния, здесь приведены статистические данные и аналитические зависимости для дистанционной индикации состояния лесных насаждений, определены параметры, характеризующие их состояние.
Известен способ оконтуривания территорий с защитными лесными насаждениями по космическим снимкам, включающий космическую фотосъемку с учетом фаз вегетации растительности, выделение аномальных по степени спектральной яркости площадей, проведение по ним наземных исследований, оценку состояния объектов растительности и оконтуривания территорий то результатам оценки (RU 2211465, G01V 9/00, 27.08.2003). Недостатком этого способа является необходимость проведения наземного исследования защитных лесных насаждений после каждой съемки.
Известен способ определения состояния защитных лесных насаждений, включающий выполнение аэрокосмической съемки поверхности с защитными лесными насаждениями в ранний летний период, преобразование полученного изображения в цифровой растровый формат, оконтуривание изображения защитных лесных насаждений с выделением контурами рядов деревьев, оценку фототона изображения в контурах по 256-уровневой шкале серого цвета, вычисление площадей выделенных контуров, привязку обработанного изображения к топографической карте и трансформацию, причем оценку состояния защитных лесных насаждений проводят по отношению суммарной площади горизонтальной проекции крон деревьев, находящихся в нормальном состоянии, к площади выделенного контура с учетом формы горизонтальной проекции кроны (RU 2330242, G01C 11/00, 13.12.2008).
Недостатком этого способа является то, что не учитывается возраст насаждения и возникает необходимость предварительного определения породного состава насаждения.
Задачей изобретения является определение и картографирование сохранности лесных насаждений на основании аэрокосмической информации (аэрокосмофотоснимков, телевизионных, сканерных, радарных и других изображений).
i
N
Д
i
N
Д
Сущность изобретения заключается в выполнении цветной аэрокосмической съемки поверхности с лесными насаждениями в поздний весенний или ранний летний период и их фотоэталонирование, преобразовании полученного изображения в цифровой растровый формат, трансформации изображения в топографическую проекцию, компьютерной привязке изображения к географическим координатам, создании информационного компьютерного слоя с полигональным выделением лесных насаждений, определении распределения пикселей, находящихся в выделенных полигонах, по фототону в шкале цветов выбранной цветовой схемы, построении диаграмм распределений пикселей по этим цветам, выделении на основании фотоэталонов диапазонов пикселей, принадлежащих растущим деревьям, вычислении количества пикселей, принадлежащих к выделенным диапазонам и определении площади единичного пикселя (S), при этом сохранность лесных насаждений определяется по отношению суммарного количества пикселей, отнесенных при дешифрировании к кронам, находящимся в нормальном состоянии (n), к расчетному количеству пикселей (n), определяемому как отношение максимально возможной суммарной площади крон всего древостоя Sp, высаженного в выделенном полигоне, который очерчивает границы лесного насаждения, к площади единичного пикселя (S), при этом сохранность лесных насаждений (χ) определяют по формуле χ=n/n, независимо от возраста и формы кроны, причем принимается, что если χ больше 0,81, сохранность очень высокая, от 0,71 до 0,80 - высокая, от 0,51 до 0,70 - низкая, 0,50 и ниже - очень низкая, после чего строится цифровая картографическая модель сохранности лесного насаждения в виде отдельного компьютерного картографического слоя.
На фиг.1 представлен фрагмент космофотоснимка с лесным насаждениям, на фиг.2 - гистограммы изображения лесных насаждений в системе RGB, на фиг.3 - выделенные древостои лесных насаждений.
Результат в способе достигается следующим образом.
i
N
Д
p
i
N
Д
Используют аэрокосмическую съемку участков поверхности с лесными насаждениями II и III возрастных периодов в масштабе 1:10000-1:15000 (фиг.1) в поздний весенний или ранний летний период и фотоэталоны соответствующих насаждений, содержащие информацию о соответствии пикселей тону и яркости изображения. Осуществляют преобразование полученного изображения в растровый формат данных для обработки на электронно-вычислительной машине сканированием аэрокосмических фотоснимков или копированием файлов изображений, полученных в электронном виде. Трансформируют полученное изображение в топографическую проекцию (например, равноугольную поперечно-цилиндрическую проекцию Гаусса-Крюгера, применяемую для российских топографических карт), осуществляют компьютерную привязку изображения к географическим координатам в специализированных картографических программах (например, MAPIHFO), создают информационный компьютерный слой с полигональным выделением лесных насаждений, оценивают распределение пикселей, находящихся в выделенных полигонах, по фототону в шкале цветов, например в системе RGB (Red, Green, Blue), CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key color) или др. Строят диаграммы распределения пикселей по цветам выбранной системы, приходящихся на выделенный полигон, и на основании фотошаблонов осуществляют выделение диапазонов пикселей, принадлежащих растущим деревьям. Осуществляют вычисление количества пикселей, принадлежащих к выделенным диапазонам, и определяют площадь единичного пикселя (S). Определяют сохранность лесных насаждений по отношению суммарного количества пикселей, отнесенных при дешифрировании растущим деревьям, находящимся в нормальном состоянии (n), к расчетному количеству пикселей (n), определяемому как отношение максимально возможной суммарной площади всего древостоя для данного возраста S, высаженного в выделенном полигоне, который очерчивает границы лесного насаждения, к площади единичного пикселя (S), при этом сохранность лесных насаждений (χ) определяют по формуле χ=n/n, независимо от возраста и формы кроны, причем принимается, что если χ больше 0,81, сохранность очень высокая, от 0,71 до 0,80 - высокая, от 0,51 до 0,70 - низкая, 0,50 и ниже - очень низкая, после чего строится цифровая картографическая модель сохранности лесного насаждения в виде отдельного компьютерного картографического слоя.
Значение критериев χ для сохранности лесонасаждений приведено в таблице.
Значение критериев χ для определения сохранности лесонасаждений
Сохранность
χ
"Очень высокая"
0,81-1,00
"Высокая"
0,71-0,80
"Низкая"
0,51-0,70
"Очень низкая"
0,50 и менее
Результатом является существенное сокращение времени на определение сохранности лесных насаждений, создание цифровых слоев лесных геоинформационных систем и электронных тематических карт сохранности лесных насаждений на основании аэрокосмической информации.
В целом предложенный способ позволяет установить сохранность лесных насаждений, выявить местоположение и характер ее нарушенности.
Литература
1. Дмитриев И.Д. Лесная авиация и аэрофотосъемка. / И.Д.Дмитриев, Е.С.Мурахтанов, В.И.Сухих. - 2-е изд., перераб и доп. М.: Агропромиздат, 1989. - 366 с.
2. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: "Наука". 1984. 320 с.
3. Сергеев Г.А., Янтуш Д.А. Статистические методы исследования природных объектов. Л.: "Гидрометеоиздат". 1973. 300 с.
4. Справочник по агролесомелиоративному устройству. / Павловский Е.С., Карган А.В. М.: Лесная промышленность, 1977 г., 152 с.
5. Теория и практика дешифрирования азоснимков. / Под ред. Н.Г.Келля. - Л.: Наука, 1966, с.158-163.