Барталев С.А., Гагарин Ю.Н., Ершов Д.В., Лукина Н.В., Лупян Е.А.

1. Потенциал применения методов дистанционного зондирования из космоса для совершенствования государственной инвентаризации лесов России Барталев С.А., Гагарин Ю.Н., Ершов Д.В., Лукина Н.В., Лупян Е.А. Федеральное агентство лесного хозяйства РФ Институт космических исследований РАН Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН Всероссийское совещание по использованию материалов государственной инвентаризации лесов в интересах охраны окружающей среды (17 – 18 июля 2013 г., Брянск)

2. Ограничения реализуемых в настоящее время подходов при проведении ГИЛ Реализуемая в настоящее время методология принципиально не позволяет обеспечить получение информации о лесах страны, удовлетворяющей требованиям: • Достоверности • Актуальности • Пространственной однородности При совершенствовании методологии ГИЛ необходимо учитывать следующие исходные условия и характерные особенности: • Фактическое отсутствие достоверной, актуальной и однородной информации о лесах по территории страны • Огромные размеры территории, значительная часть которой труднодоступна • Целесообразность использования дифференцированного подхода при сборе информации о резервных и эксплуатационных лесах • Наличие непрерывных крупномасштабных изменений в лесах под воздействием деструктивных факторов (пожары, насекомые-вредители, рубки и др.) и лесовосстановления

3. Первоочередные направления использования спутниковых данных ДЗЗ для ГИЛ • Переход на технологию стратификация территории для проектирования сети постоянных пробных площадей на основе данных ДЗЗ • Разработка и ввод в эксплуатацию технологии регулярной (ежегодной) оценки состояния и динамики лесов на всей территории страны на основе методов дистанционного зондирования (непрерывная дистанционная инвентаризация лесов) • Оптимизация сети постоянных пробных площадей для наземных измерений характеристик лесов и их пространственной экстраполяции на основе данных ДЗЗ и геопространственного моделирования

4. Необходимость учета «мировых» тенденций развития методов ДЗЗ в контексте ГИЛ (i) Нарастающее развитие политики открытых спутниковых данных, включая: • данные высокой периодичности (несколько раз в день) с пространственным разрешением 100-300 м (MODIS, VIIRS, Proba-V, Sentinel-1); • данные средней периодичности (3-10 дней) с пространственным разрешением 10-30 м (Landsat-ETM+, LDCM, Sentinel-2); (ii) Наличие многолетних глобальных архивов данных «глубокого» уровня предварительной обработки (атмосферная коррекция, «подпиксельная» точность географической привязки и т.д.); (iii) Перспективы разработки специализированных спутниковых систем: Европейское космическое агентство приняло решение о разработке к 2015 году системы мониторингазапасов древесины лесов; (iv) Реализация международных и национальных программ глобального спутникового мониторинга лесов (ФАО ООН, США, Европейский союз); (v) Интенсивное развитие автоматических технологий обработки сверхбольших массивов спутниковых данныхдля решения задач глобального картографирования и мониторинга лесов.

5. Существующие и перспективные спутниковые системы ДЗЗ Общедоступные системы (бесплатные): Terra, Aqua, NPP, Proba-V (250-300 м); Landsat-7 и -8, Sentinel-2 (2 КА 2014) (10-30 м) Российские системы (доступные бесплатно для органов государственной власти): Метеор-М, Обзор О (2 КА, 2015) (10-100 м) Канопус В (2,5-10 м) Ресурс П (~1 м) Коммерческие системы: Несколько десятков КА с разрешением выше 10 м Terra, Aqua Метеор-М, NPP 100-300 м Landsat Обзор Sentinel 2 10-30 м Канопус Ресурс-П 1-5 м

6. Композитное изображение Landsat-TM/ETM+ 2011 Технология автоматической обработки данных Landsat-TM/ETM позволяет ежегодно формировать безоблачные композитные изображения.

7. Распознавание лесных пород по данным ДЗЗ Лиственница Ель Береза Фенологические особенности лиственницы в разные периоды вегетационного сезона позволяют распознавать ее на космических изображениях отдельно от хвойных вечнозеленых и лиственных пород. На космическом снимке (справа), полученном спутником GEOEYE-1 (3 м) изображен лесной массив с лиственными породами без листвы, хвойными породами с зеленой окраской хвои и лиственницей с пожелтевшей хвоей. Динамика спектральных яркостей лесных пород в течение вегетационного сезона в ближнем и среднем инфракрасных диапазонах

8. Карта лесов России, полученная по данным MODIS (230 м), отражает пространственное распределение преобладающих древесных пород по состоянию на 2012 год

9. Фрагмент карты лесов на территорию Красноярского края (получена по данным Landsat, 28 м)

10. Карта запасов стволовой древесины создана на основе совместного использования радарных (ASAR-Envisat) и оптических (MODIS) спутниковых данных с пространственным разрешением 250 м по состоянию на 2010 год

11. Методика дистанционной оценки запасов Фрагмент зимней мозаики и данные лесоустройства Красноярский Край, Чунское лесничество Лиственница Осина / Береза Ель

12. КАРТА ЗАПАСОВ СТВОЛОВОЙ ДРЕВЕСИНЫ по данным LANDSAT (30 м)

13. Типы условий местопроизрастания лесов Коровин Г.Н. и др., 2007

14. ПЕРИОД НАБЛЮДЕНИЯ LANDSAT (30 м) 2006 2002 1989 2007 2009 2010 2011

15. КАРТА ИЗМЕНЕНИЙ В ЛЕСАХ, ВЫЗВАННЫХ РУБКОЙ, ПОЖАРАМИ и НАСЕКОМЫМИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 25 ЛЕТ (Разрешение 30 м)

16. Методика оценки возраста насаждений Зимний снимок Ландсат 1 этап: Используя данные лесоустройства (или наземных обследований) с учетом породной структуры лесов оценивается уровень взаимосвязи спектральной яркости древостоя зимой с его высотой 2 этап: Используя данные лесоустройства с учетом породной структуры лесов оценивается уровень взаимосвязи высоты древостоя с его возрастом Возраст Высота, м Спектральная яркость Высота, м

17. КАРТА СРЕДНЕЙ ВЫСОТЫ ЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ по данным LANDSAT (30 м)

18. КАРТА ВОЗРАСТНОЙ СТРУКТУРЫ ЛЕСОВ по данным LANDSAT (30 м)

19. Зона дистанционной лесоинвентаризации Зона дистанционной лесоинвентаризации включает резервные, низкопродуктивные и тяготеющие к ним защитные леса, расположенные на севере и северо-востоке страны с экстенсивным уровнем ведения лесного хозяйства и лесопользования (далее резервные леса), не имеющие тенденций повышения их интенсивности в ближайшие двадцать лет. Ориентировочная площадь зоны дистанционной инвентаризации 430 млн.га. В.И. Сухих, М.Д. Гиряев, Е.М. Атаманкин, 2007

20. Предлагаемые лесные районы для стратификации лесов по данным ДЗЗ в 2014-2015 годах

21. Среднесибирский плоскогорный таежный район

22. Схема стратификации лесов по данным ДЗЗ Таблицы хода роста насаждений Границы однородных участков леса (выделов) по данным ДЗЗ Карты лесов по данным ДЗЗ, включая: • Породный состав • Запасы стволовой древесины Вспомогательные карты: • Бонитет леса • Природные ландшафты (ТУМ) Предварительная стратификация лесов Карта предварительных лесных страт Выбор эталонных участков Уточнение карты стратификации лесов Формирование базы опорных данных о лесах Карта лесных страт Выборочные данные лесоустройства

23. Технология картографирования лесов по данным ДЗЗ Алгоритм локально-адаптивной классификации LAGMA Технология включает несколько этапов: • подготовка для каждого участка регулярной сети спектрально-временных сигнатур лесных пород на основе опорных данных (лесоустроительные данные о лесах: категории лесных и нелесных земель, преобладающие породы и т.п.) • локально-адаптивная классификация лесов с использованием спектрально-временных признаков (весенние, летние, осенние и зимние спутниковые изображения)

24. Карта растительного покрова России TerraNorte RLC (пространственное разрешение 250 м)

25. Динамическое картографирования растительного покрова России на основе спутниковых данных 2012 2005 2000 Созданная автоматизированная технология позволяет проводить ежегодное картографирование растительного покрова России на основе спутниковых данных MODIS.

26. Оценка изменений в лесах на основе временной серии карт TerraNorte RLC 2000 2001 2002 2005 2006 2008 Вырубка темнохвойных лесов 60 55 С.Ш. 54 17 В.Д.

27. Динамика площади лесов по данным спутникового картографирования (а) (б) (а) - динамика площади лесов (запас >= 30 куб. м.) (б) - динамика общей площади древесно-кустарниковой растительности, включая леса, естественные редины и кустарники

28. Динамика площади лесов хвойных пород График отражает относительное (%) изменение площади различных хвойных пород по отношению к их площади в 2000 году.

29. Примерный состав данных, получаемых подсистемой дистанционной оценки лесов • Структура покрытых и непокрытых лесом земель, включая динамику покрытой лесом площади • Породная структура лесов и динамика площади основных преобладающих пород • Запасы стволовой древесины по преобладающим породам • Площади гарей • Площади сплошнолесосечных вырубок • Площади усыхания лесов под воздействием болезней, вредных организмов и техногенных факторов

30. Взаимодействие компонентов системы сбора данных о лесах Подсистема дистанционной оценки лесов Кросс-верификация Стратификация территории Подсистема статистической оценки лесов (ГИЛ)

31. Предложения по использованию методов ДЗЗ для совершенствования технологии ГИЛ (для включения в решение совещания) • С целью сокращения ошибок, вызванных непосредственным использованием материалов последнего лесоустройства для планирования закладки постоянных пробных площадей, осуществить переход на стратификацию лесов на основе данных ДЗЗ. • При совершенствовании системы государственной инвентаризации лесов для повышения актуальности получаемой информации о динамике лесного покрова на всей территории страны рекомендовать внедрить в систему методы ежегодного картографирования лесов на основе данных дистанционного зондирования, использующиеся в настоящее время в ИСДМ-Рослесхоз. • Провести оптимизацию сети постоянных пробных площадей при проведении ГИЛ на основе геостатистического моделирования и данных спутниковой оценки структуры и продуктивности лесов.