Аэрофотосъемки лесных ландшафтов

Виды аэрофотосъемки

Аэрофотосъемка – процесс фотографирования территории с высоты в пределах от ста метров до нескольких десятков километров с помощью закрепленного на летательном аппарате (самолете, вертолете, дирижабле или беспилотном летающем средстве) аэрофотоаппарата.

Различают плановую и панорамную аэрофотосъемку. В первом случае съемку ведут вертикально по отношению к территории. В результате образуется цифровой файл, собранный из множества снимков. В тоже время панорамная съемка проводится под определенным углом к горизонту, поэтому часто используется в рекламе котеджных поселков и курортов.

Плановая аэрофотосъемка (рис.1) производится при отклонении оптической оси фотоаппарата не более трех градусов от вертикали.

Плановая аэрофотосъемка

Рис 1.

Области применения:

- инвентаризация земельно-имущественного комплекса

- аэрофотосъемка городской застройки

- управление лесными ресурсами

- управление земельными ресурсами

- управление сельским хозяйством

- экологический мониторинг

- оперативная аэросъемка зон бедствий

- мониторинг чрезвычайных ситуаций

Преимущества технологии:

- простота создания ортофотопланов высокого разрешения

- высокая точность и детальность получаемых данных

- высокая производительность съемки

- одновременных сбор данных в различных диапазонах спектра

- значительная экономия средств благодаря цифровому формату всех данных

Перспективная или видовая аэрофотосъемка (рис.2) изготавливается с отклонением оптической оси более трех градусов от вертикального положения.

Перспективная или видовая аэрофотосъемка

Рис 2.

Технология перспективной аэрофотосъемки включает:

- фотографирование

- лазерное сканирование

- привязку цифровых снимков к точкам лазерного сканирования

Основные преимущества:

- высокая визуальная информативность

- высокие измерительные качества могут быть обеспечены лазерной локацией

- использование качественных цифровых аэрофотоснимков, как информационной основы

- использование наклонных аэрофотоснимков, как изображений, обеспечивающих большое узнавание объекта

Плановую аэрофотосъемку лучше всего использовать при планировании границ территории, лесоустройстве, мониторинге чрезвычайных ситуаций и т.д. Качество съёмки позволяет увеличивать изображение до мельчайших подробностей (так, с высоты 800 метров видны провода на столбах городского освещения). Перспективная аэрофотосъемка используется для обзорных снимков, объектов, а также для получения общего представления об объекте.

В зависимости от характера покрытия местности различают аэрофотосъемку кадровую, маршрутную и площадную.

Кадровая аэрофотосъемка - съемка серии кадров отдельных объектов местности с самолета, вертолета или иного носителя с помощью аэрофотоаппарата, телевизионной камеры и др. Наиболее распространены кадровые изображения, получаемые в процессе одинарной плановой (перспективной) аэрофотосъемки в обзорных целях или при проведении специальных видов обследования лесов (фотостатистическая инвентаризация лесного фонда, освидетельствование мест рубок и др.).

К кадровой аэрофотосъемке условно относят также стереопары из двух-трех аэрофотоснимков. Крупномасштабная кадровая аэрофотосъемка предъявляет особые требования к летно-съемочным работам, техническим и летным средствам. Напр., затвор аэрокамеры должен работать с достаточно короткой экспозицией, исключающей появление недопустимой нерезкости изображения из-за поступательного движения самолета; аэрофотоустановка должна лучше изолировать аэрокамеру от вибрации, чем при съемках в среднем и мелком масштабах; оптика аэрокамеры должна быть высококачественной, а также должно осуществляться полное выравнивание аэропленки. Аэрофотоаппарат должен быть быстродействующим, т. е. с коротким циклом работы и короткими интервалами между циклами при высокой точности установки и выдерживания интервалов. При съемке с малых высот увеличивается влияние погрешностей пилотирования и самолетовождения на качество материалов съемки из-за неустойчивой ветровой обстановки в приземном слое воздуха, а также из-за снижения обзора местности и резкого повышения требований к точности прокладки маршрутов при подлете к объектам съемки.

Маршрутная аэрофотосъемка - воздушное фотографирование полосы местности по произвольному маршруту, последовательные аэрофотоснимки которого перекрываются на заданную величину продольного перекрытия, составляя обычно 56-60 %. В зависимости от объекта, подлежащего аэрофотосъемке, маршруты полетов могут быть прямолинейными (ряд кварталов леса, лесные полосы и др.), ломаными, или криволинейными (вдоль русла реки, опушки леса и др.). Маршрутная аэрофотосъемка, состоящая из одного, двух или трех маршрутов, применяется на лесотранспортных, водно-мелиоративных и др. работах, проводимых в пределах узкой полосы местности. Контроль прокладки маршрутов, выполненных по заданным линиям, осуществляется по отклонениям главных точек аэрофотоснимков от заданной линии на топографической карте. Отклонения измеряются на аэрофотоснимке в миллиметрах и не должны превосходить величин, приведенных в табл.

Площадная аэрофотосъемка - фотографирование площади по нескольким перекрывающимся маршрутам. Для достижения стереоскопического эффекта аэрофотосъемки проводят с продольным перекрытием соседних аэрофотоснимков. При площадной аэрофотосъемке обеспечивают также поперечное перекрытие между аэрофотоснимками соседних маршрутов полета. Для уменьшения влияния воздушной дымки при аэрофотосъемке применяют светофильтры. Аэрофотосъемка в интересах лесного хозяйства обычно проводится летом, после полного распускания листьев, в безоблачные дни при высоте Солнца более 30°. Для получения бестеневых аэрофотоснимков крупномасштабную аэрофотосъемку (1:1 000-1:2 000) иногда выполняют при сплошной облачности. При аэрофотосъемке лесов применяют, как правило, спектрозональные типы аэропленок, которые обеспечивают распознавание хвойных и лиственных древесных пород.

Оценка качества плановой аэрофотосъемки

Для топографических работ это наиболее благоприятный, случай. Практически при плановой съемке угол отклонения оси фотоаппарата от вертикали, должен быть менее 3°. При больших углах съемку называют перспективной, а снимки наклонными, или перспективными.

Различают аэрофотосъемку, выполняемую, одиночными снимками (например, для военных целей), маршрутами (для целей изыскания трасс линейных сооружений), и аэрофотосъемку площадей. При. аэрофотосъемке маршрута, соседние снимки должны перекрываться. Перекрытие снимков вдоль маршрута называется продольным. Перекрытие двух соседних маршрутов при аэросъемке площадей называется поперечным.

Чтобы выдержать заданную высоту полета самолета, соблюсти отвесное положение оси фотокамеры и обеспечить выполнение других требований аэрофотосъемки, самолет снабжен аэронавигационными и стабилизирующими приборами.

Для облегчения вождения самолета и захода его с маршрута на маршрут заранее намечаются на карте хорошо видимые с воздуха ориентиры. После выполнения аэрофотосъемки заснятые фильмы обрабатываются и с полученных после проявления и закрепления негативов путем контактной печати изготавливают аэроснимки.

Для проверки качества летносъемочных работ выполняют накидной монтаж, представляющий собой приближенное соединение аэрофотоснимков по их одноименным контурам в одну сплошную картину заснятой местности.

Оценка качества летносъемочных работ выполняется по следующим критериям:

а) по качеству фотографического изображения

б) по величине продольного и поперечного перекрытий

в) по уклонению оси фотоаппарата от вертикали

г) по прямолинейности маршрута

д) по уклонениям от заданной высоты полета самолета выявленные недостатки аэрофотосъемки устраняются

Накидной монтаж фотографируют в мелком масштабе (получают репродукцию накидного монтажа).

Для фотограмметрической обработки снимков с целью получения плана местности производят их привязку. Целью привязки снимков является получение координат контурных точек на них в количестве, необходимом для получения плана. Точки для привязки снимков выбирают на наиболее четких контурах местности, изобразившихся на аэроснимках (пересечения дорог, углы тротуаров, заборов и т. д.).

Опознанные точки закрепляют на местности, накалывают на снимке, и на его обороте рисуют абрис расположения опознавательного знака.

Опознаки должны располагаться в зонах продольного и поперечного перекрытий. Проект расположения опознаков составляют на накидном монтаже. На выбранные и закрепленные на местности опознаки передают координаты с пунктов геодезической основы путем проложения теодолитных и высотных ходов.

Определение взаимосвязей между таксационными и дешифровочными показателями древостоя. Методы изучения таксационно - дешифровочных показателей насаждений на пробных площадях

Между таксационно-дешифровочными показателями, характеризующими древостой и его полог, существуют не только парные, но и множественные зависимости, например, между диаметром на высоте груди, высотой и полнотой – d1,3 =f(h,P) или диаметром на высоте груди, высотой, диаметром крон и сомкнутостью, классом бонитета – d1,3 = f(h,Dk Ps, класс бонитета), которые моделируются в виде графиков, нонограмм, таблиц, в том числе хода роста, дополненных дешифровочными показателями (h,Dk Ps lk hDk hOk ).

Установлено, что средний диаметр на высоте груди и сумма площадей сечения древостоя зависит от средней высоты, сомкнутости полога (полноты), количества деревьев на 1 га, длинны кроны, возраста, класса, бонитет. Видовая высота зависит от d1,3 P и lk . Зависимости высоты от возраста, процента выхода деловой древесины и текущего прироста от других факторов являются региональными

При наземных работах все таксационные характеристики насаждения определяют на основе его натурного осмотра и проведения измерительно-перечисленной или глазомерной его таксации. На аэроснимках получают изоображение не всего насаждения, а лишь его полога. Но в тоже время основные таксационные показатели (истинный состав, средняя высота и диаметр деревьев, полнота и др.) могут быть определены по аэроснимкам крупных и средних масштабов на основе существующих закономерных связей между ними и таксационно-дешифровочными показателями, характеризующими полог насаждения.

Основные таксационно-дешифровочные показатели – это дешифровочный состав, диаметр кроны, высота до наибольшей ширины кроны, длина кроны, сомкнутость полога. К числу дополнительных, имеющих важное значение показателей, можно отнести морфологические особенности и форму крон деревьев различных пород и разного возраста, цвет или тон их изображения, тени собственные или падающие, структура полога насаждений. Но что бы перейти от таксационно-дешифровочных показателей к таксационным необходимо знать взаимосвязи между ними.

Признаки дешифрирования и взаимосвязи между таксационными и дешифровочными показателями изучают применительно к однородному лесорастительному району. Для этого используют специальные координатные и таксационно-дешифровочные пробные площади, данные выборочной измерительно-перечисленной таксации в наиболее характерных (типичных) выделах, крупномасштабные фотопробы, а также массовые данные наземной таксации по выделам.

До закладки координатных и таксационно-дешифровочных пробных площадей и выборочной измерительно-перечисленной таксации объект изучают по материалам прошлого лесоустройства и литературным данным. При этом особое внимание уделяют выявлению представленности насаждений с преобладанием различных древесных пород, разнообразию их по составу, возрасту, классам бонитета, полноте, типам лес. Для этого составляют таблицы встречаемости насаждений, по которым устанавливают необходимое количество пробных площадей и типичных выделов.

Цифровое космическое изображение. Сущность, основные понятия. Виды предварительной обработки цифровых космических изображений

Поскольку автоматизированная обработка изображений производиться на компьютерной технике с использованием специализированного программного обеспечения, необходимо представление аэрокосмической информации в виде цифровых изображений. С математической точки зрения, любое изображение есть функция двух пространственных переменных f(x,y), задание на ограниченной прямоугольной плоскости Oxy и имеющая определенное множество своих значений. Например черно-белая фотография может быть представлена как f(x,y) ≥ 0, где 0 ≤ х ≤ у ≤ b, где f(x,y) – яркость (оптическая плотность) изображения в точке (x,y); а – ширина, b – высота кадра. Цифровое изображение так же характеризуется аналогичной функцией, но, в отличие от аналогового изображения, переменные х и у являются дискретными и обозначают номера столбцов и строк. Таким образом, цифровое изображение есть структурированный массив чисел, предназначенный для визуализации обработки на компьютерах

Наиболее часто цифровые изображения представляются в виде двухмерных массивов чисел. Такая форма представления называется «растровой». Каждое из чисел этих массивов является минимальным элементом цифрового изображения и называется пикселем. Цифровое значение пикселя характеризует среднее относительное или абсолютное значение некоторой физической характеристики определенного участка поверхности земли (яркость, температур, влажность и т.д.). Каждый пиксель имеет также простейшие относительны пространственные координаты – номер строки и номер столбца, которые могут быть в дальнейшем соотнесены с реальными пространственным координатами. Каждое правило, каждый пиксель цифрового изображения кодируется однобайтовым или трехбайтовым числом. Один байт позволяет представлять 256 возможных уровней яркости. Однобайтовые растровые изображения используются для представления черно-белых изображений. При визуализации значение пикселя определяет яркость экрана в соответствующей ячейке. Для цветных изображений обычно используют формат три байта на пиксель – по байту на каждый из трех основных цветов (24-битное кодирование).

Современные сканерные съемочные системы обеспечивают получение информации в виде цифровых изображений. Фотоснимки же для помещения их в цифровую систему обработки требуют предварительного преобразования их в цифровой формат. Это производится путем цифрового кодирования снимка с помощью специальных аналогово-цифровых преобразователей (сканеров, сканирующих микроденситометров и т.п.).

Большинство аэрокосмических сканерных съемок для целей исследования земной поверхности проводят в нескольких (3-х и более) спектральных зонах. В этом случае на одну и ту же территорию формируется набор зональных цифровых изображений, получаемых отдельно для каждой зоны электромагнитного спектра. Аналогичным образом могут представляться цветные фотоснимки – при их сканировании могут быть получены три зональных цифровых изображения. В результате многозональные и цветные цифровые изображения формируются в виде набора растровых слоев, существующих либо в отдельных файлах либо сопряженных в одном файле.

Существуют два основных типа цифровых изображений – количественные и тематические. В количественных изображениях числовые значения пикселей обозначают некоторые относительные величины реальных физических параметров отображаемых объектов. Например, яркость, высоту на уровнем моря, температуру, вегетационный индекс, величину радиоизлучения и т.п. В тематических изображения числовые значения пикселей могут обозначать некоторые цифровые коды категорий земель, древесных групп полнот, или номерные значения, например номера классов выделенных при автоматизированной классификации и пр.

Применения авиации в лесном хозяйстве

За прошедший период с начла применения авиации в лесном хозяйстве в20-х годах прошлого столетия на различных этапах развития лесного комплекса страны она находила и находит постоянное или периодическое (при необходимости и наличии экономических возможностей) применение при решении различных задач, среди которых, кроме охраны лесов от пожаров, авиахимборьба и регулирование состава молодняков, аэросев лесных семян, учет охотничьей фауны, обследование и проектирование лесовозных, транспортных путей, обслуживание лесосплава как средства транспорта и связи.

Авиационно-химическая борьба с вредителями леса

Авиационно-химическая борьба с вредными насекомыми занимает одно из основных мест в системе лесозащитных мероприятий; ее широко применяют в борьбе со многими хвое- и листогрызущими насекомыми: сибирским шелкопрядом, восточным, майским и другими хрущами, желудевым долгоносиком, сосновыми подкорным и т.д. Применение авиации позволяет охватить большие площади, в том числе районы недоступные для наземных технических средств. Этот метод борьбы заключается в опрыскивании и опыливании с помощью специальной аппаратуры установленной на самолетах Ан-2, Ан-2М или вертолетах Ми-2, Ка-15 и Ка-26. Применяют разные химические и бактериальные препараты в виде растворов, эмульсий, суспензий, порошков, паст и грану в зависимости от биологических особенностей вредных насекомых, характера насаждений, санитарных метеорологических и других условий. Предварительно лесохозяйственные предприятия составляют проект авиахимборьбы.

Регулирование состава молодняков

Уход за составом в смешанных насаждениях, когда малоценные мягколиственные породы заглушают возобновление хвойных пород, может осуществляться с применением избирательных арборицидов, оказывающих токсическое воздействие на нежелательные растения и не влияющие на ценные обычно хвойные, породы. Поэтому с помощью химической обработки можно регулировать состав молодняков. Подбором арборицидов, их дозировки и времени проведения можно достичь создания не только чистых хвойных молодняков, но и смешанных нужного состава без нанесения существенного отрицательного воздействия экологии.

Наиболее эффективного применения химических методов регулирования состав молодняков в таежных районах страны можно достичь применением для этого авиационных средств. Техника выполнения авиахимического ухода не имеет принципиальных отличий от техники проведения авиахимической борьбы с вредителям и болезнями леса. Для ухода подбирают смешанные молодняки с преобладанием мягколиственных пород I – II классов возраста, в которых хвойные породы, заглушаемые лиственными, насчитывают не менее 1,5-2 тыс. шт. на га. Равномерно размещены по площади и имеют высоту более 0,5 м. Химическую обработку проводят после появления верхушечных почек у лиственных.

Аэросев

В третьей четверти прошлого столетия широко применялся аэросев древесных пород на площадях свежих концентрированных рубок и крупных гарях в таежной зоне Росси в целях обеспечения восстановления на них ценных хвойных пород и облесения и закрепления песков в республиках Средней Азии.

Для аэросева применяют легкомоторные самолеты и вертолеты, на которых устанавливают разные типы высевающих аппаратов (опылителей – аэросеялок с микродозировщиками) с загрузкой семян от 100 до 750 кг.

На территории, назначенной под аэропосев, обозначаются границы участков и полосы залета шириной 20-30 м. специальными флагами, закрепленными на длинных шестах или вершинах деревьев. Расстояние между флагами по линии полета до 500 м. Самолет или вертолет летит вдоль полосы, выделенной флагами и производит сев семян.

Учет охотничьей фауны и организация охотничьего хозяйства

Для организации и ведения рационального охотничьего хозяйства поддержания численности зверей и птиц, являющихся объектами охоты, на оптимальном уровне необходимо знать численность и территориальное размещение охотничьей фауны, а также иметь достаточно полную информацию о кормовых возможностях и условиях обитания зверей и птиц. В целях проводят цикл работ по охотоустройству, в задачи которого входят обследование и картографирование охотничьих и кормовых угодий, учет зверей и птиц. Выполняют эти работы или наземными методами, или с применением авиации. В обоих случаях при обследованиях используют, как правило, материалы аэро- или космической съемки.

Обследование транспортных путей и обслуживание лесосплава

При освоении лесных массивов таежной зоны лесозаготовителям необходима система транспортных путей, которая позволила бы осваивать территорию с учетом рационального размещения мест рубок, исходя из лесоводственных работ и экономических требований, предъявляемых к рубкам главного пользования. Поэтому до начла освоения лесных массивов производиться выбор и проектирования трасс транспортных путей, которые должны строиться по мере освоения лесов. При выборе и проектировании транспортных путей используют различные материалы: топографические карты, картографические и таксационные материалы лесоинвентаризации, аэрокосмические изображения, данные наземных обследований и изысканий.

Использование авиации для транспорта и связи

В России накоплен большой опыт эффективного применения авиации в лесном комплексе страны в качестве средств транспорта и связи. Доставка к месту пожаров людей и средств пожаротушения; транспортировка лесоустроителей и грузов лесоустроительных партий к месту полевых работ в таежных зонах; перевозка людей, технических средств, продовольствия и других грузов к месту лесных работ в условиях бездорожья, в том числе при проведении лесозаготовок вахтовым методом; трелевка ценной древесины в горных районах, доставка охотников и продовольствия в отдаленные охотничьи угодья и вывозка их с пушниной и мясом диких животных; транспортное обслуживание заготовителей орехов и других пищевых ресурсов, технического и лекарственного сырья; санитарное обслуживание рабочего работающего в лесу контингента; выполнение почтовых и связных услуг – вот не далеко не полный перечень работ, при которых авиация, преимущественно вертолеты, используются в качестве транспортного средства. Применение авиации повышает эффективность лесохозяйственных, лесоустроительных, лесозаготовительных и иных работ. В ряде случаев без применения авиации выполнение отельных видов работ было бы просто невозможно.