Диапазоны аэрокосмической съемки при ДЗЗ

Данные многозональной съемки используются для изучения состава лесов, обновления карт, санитарно-лесопатологического мониторинга. Для этой цели необходимо создать набор обучающих эталонов (т. е. наземных площадок с уже известным породным составом), на основе которых производится классификация снимков с обучением, применяются другие методы интерпретации снимков. Это необходимый этап работ, особенно при использовании новых данных ДЗЗ, при работе в нескольких природных зонах, поскольку спектральные данные листвы и хвои, луговой и болотной растительность могут варьировать в значительных пределах. Различные породы деревьев распознаются с разным уровнем достоверности. Иногда в качестве эталонов используют материалы лесоустройства и аэросъемки, однако полевые работы предпочтительны.

Легко различаются лиственные и темнохвойные группы лесных массивов. Близкие же по спектральным характеристикам ель и пихту, березу и осину разделить между собой иногда невозможно.

Необходимо, однако, указать, что использование космической съемки не позволяет полностью заменить аэросъемку. При таксационных работах необходимо применять аэрофотоснимки и стереомодели местности, создаваемые на их основе. В ходе работ в отдельных лесничествах при количественном анализе и составлении карт по стратам применение аэросъемки также экономически оправдано.

Основным принципом воздушного лазерного сканирования является формирование трехмерного облака точек, образующегося вследствие отражения лазерного луча от поверхности земли и объектов, на ней расположенных (в данном случае крон деревьев). Выделение отдельных деревьев или полога растительности в целом из облака точек производится при его обработке разнообразными методами.

Преимуществом лидара является то, что лазерный луч, проникая сквозь полог леса до самой земли, сканирует все ярусы растительности с высокой плотностью (5-10 и более лазерных точек сканирования на 1 м2), позволяя получать трехмерные изображения отдельных деревьев с высокой точностью.

Кроме того, параллельно возможно получить цифровые модели земли ≪с лесом≫ и ≪без леса≫. Однако лазерная локация леса в целом является сложным процессом для создания карт, но по точности получаемых ЦМР, параметров высот деревьев лазерное сканирование часто превосходит аэрофотосъемку.

Ультрафиолетовый диапазон (0,1-0,38 мкм) применяют для оценки состояния растений и водоемов, а так же для определения распространения малых газовых примесей и озона в атмосфере.

Видимый диапазон (0,38-0,74 мкм) и ближний инфракрасный диапазон (0,74-2,50 мкм) широко используют для съемок лесных массивов как в панхроматическом, так и мультиспектральном режиме.

Механизм формирования полезного сигнала (например, о состоянии растительности) состоит в том, что под действием различных условий наблюдается и смена спектральных характеристик объектов на земной поверхности. Хлорофилл, содержащийся в листве и хвое, поглощает красные и синие лучи, тогда как зеленые лучи им в основном отражаются. В синей и красной зонах видимого участка спектра отражающая способность растений очень низкая. Зато в ближнем инфракрасном диапазоне отмечены максимальные значения коэффициентов отражения. Поэтому при изучении состояния лесов, их картографировании эффективно применяются снимки в ≪крайней красной≫ зоне (длина волны — 0,7-0,75 мкм) видимого участка спектра и в ближнем инфракрасном диапазоне (0,78-0,88 мкм, 0,9-1,05 мкм).

Анализ спектральных яркостей в отдельных каналах, а также интерпретация синтезированных изображений дают информацию не только о состоянии растений, но и об их заражении (вредными выбросами, нитратами, другими токсикантами), о поражении леса вредителями. Также они позволяют на основе полученных данных о растениях косвенно судить о состоянии почв, их составе, уровне грунтовых вод.

Для минимизации влияния на радиометрические свойства полога растительности оптических свойств почв, освещения, сезонности и атмосферных эффектов используются вегетационные индексы. ≪Идеальный≫ вегетационный индекс должен быть чувствителен только к пологу растительности и не чувствителен к почве. Известно около пятидесяти различных вегетационных индексов. Наиболее часто используются индексы, представляющие собой отношение коэффициентов отражения в отдельных зонах спектра или их линейных комбинаций. Самым известным из них является NDVI.

В большинстве индексов используется красный канал, который связан с поглощением света хлорофиллом, и ближний инфракрасный канал, который показывает густоту растительности и её видовой состав.

Тепловой диапазон (4 мкм — 16 мкм) дает информацию о тепловом поле ландшафта. При исследовании температурного режима леса было установлено, что в различных типах растительности, в насаждениях разной полноты, состава и возраста в приземном слое на уровне почвы и в самой почве перепад температур достигает нескольких градусов. Применение тепловой съемки предоставляет дополнительную информацию о лесах, в том числе об условиях мест их произрастания, значительно варьирующих по степени увлажненности почвы: влажные участки обычно холоднее, чем дренированные, поверхность которых прогревается быстрее. Перепад температур был выявлен и в пологе насаждений.

Тепловая съемка может использоваться для выявления больных, поврежденных и сухостойных деревьев, так как по температурной яркости они резко отличаются от фоновой и здоровой растительности.

Помимо этого, тепловая съемка давно зарекомендовала себя как лучший метод выявления лесных и торфяных пожаров. Космическая съемка в тепловом диапазоне позволяет контролировать ситуацию одновременно на больших площадях, выявлять скрытые очаги пожаров, осуществлять мониторинг и днем, и в ночное время, и в условиях сильного задымления.

Микроволновый, СВЧ диапазон (1 мм — 1 м) дает информацию о топографических характеристиках территорий и акваторий, запасах влаги в почве и листве растений, воздействии на растения промышленных выбросов.

Радиодиапазон (1 мм — 1 м) предоставляет специфическую информацию о подстилающей поверхности и о пологе леса. Для изображений, полученных с помощью радарной съемки, характерны глубокие тени, которые присущи объектам со значительными перепадами высот. Это позволяет не только анализировать рельеф местности, что также важно в задачах лесоустройства, но и разделять участки леса вплоть до таксационных выделов, по высоте и сомкнутости древостоя, выявлять редколесья, гари, вырубки различного типа. Радиолокационная съемка может проводиться при любых погодных условиях и в любое время суток.