Применение космических многозональных снимков и ГИС-технологий при целевом ландшафтном картировании в рамках природоохранных проектов ГРИНПИС России.

Ярошенко А.Ю., Потапов П.В.,
«Гринпис России»,
тел.: 257-4118, факс: 257-4110,
E-mail: alexey@greenpeace.ru ,
fff@greenpeace.ru

Использование космической информации Использование космической информации и ГИС в природоохранных проектахПрименение космической информации открывает новые перспективы в работе крупных неправительственных природоохранных организаций (НПО). Космические изображения являются наиболее быстрым и относительно дешевым путем получения оперативной и точной информации о состоянии наземных экосистем. Пространственное разрешение современных сканерных систем позволяет проводить как крупномасштабный экспресс-анализ экологического состояния обширных территорий, так и детальный анализ отдельных объектов. Временное разрешение съемки позволяет проводить мониторинговые наблюдения.Сегодня космическая информация применяется НПО для решения ряда задач:

- целевое ландшафтное картирование и выделение условно ненарушенных участков лесных, степных, болотных и других экосистем;- выделение зон сильных антропогенных нарушений: крупное строительство, мелиорация земель, рубка леса, загрязнение, тепловое загрязнение, лесные пожары, разработка полезных ископаемых;

- проведение работ по мониторингу антропогенных воздействий.

Основным методом обработки космических изображений является экспертное и/или автоматическое дешифрирование, завершающееся созданием электронной карты, являющейся основой для ГИС. Подобные ГИС, включающие информацию, полученную в ходе полевых работ, многолетних наблюдений, экспертных оценок, позволяют упорядочить данные, проводить сравнительные анализы, готовить обзоры и планировать акции.Зарубежные НПО широко используют методы ГИС в природоохранных целях. Известны крупномасштабные работы, проведенные Гринпис США по территории Аляски, а также ГИС, созданная Австралийским филиалом Гринпис. Ряд экологических организаций, таких как THE ECOLOGY CENTER, INC, постоянно разрабатывают новые тематические карты на экологически значимые регионы и предоставляют их пользователям в формате ARC/INFO.Создание геоинформационных систем являлось одним из этапов подготовки материалов по территориям, включенным во Всемирное Природное Наследие ЮНЕСКО в России. Работы по созданию ГИС были проведены NABU (Германия) по номинации "Зеленый пояс Фенноскандии" в 1996-98 годах и научным центром "Ассоциации малочисленных народов приморского края" по кластеру "долина реки Бикин" номинации "Центральный Сихоте-Алинь" в 1995-98 г.Работы, основанные на использовании ГИС-приложений, проводятся Гринпис России с 1996 года, когда, в рамках программы "Картирование малонарушенных лесов республики Карелия" был организован ГИС-отдел. Основными направлениями работы отдела является обработка спутниковой информации и создание ГИС для различных проектов Гринпис. Наиболее интересные результаты были получены при использовании ГИС-технологий в лесных проектах.

В мае 1998 года Гринпис России и Центром охраны дикой природы закончено создание карты малонарушенных лесов Карелии - региона, где происходит наиболее быстрое уничтожение последних естественных лесных массивов. Карта создана в среде ArcView GIS на основе квартальной сети в масштабе 1:500.000 и включает фрагменты малонарушенных лесов как крупного (более 20 тыс. га) так и малого (от 2-3 до 20 тыс. га) размера. Основой для выявления участков естественных лесов послужили полевые и лесохозяйственные данные, а также материалы космической съемки спутников SPOT и Ресурс-О-3. В качестве топографической основы была использована Цифровая карта Мира (DCW). (Подробнее о проекте см. ArcReview, №4, 1998.)

Весной 1998 года Гринпис России, Центром охраны дикой природы и фирмой СканЭкс проведено ландшафтно-экологическое картирование лесов республики Коми. Картирование, основанное на снимках спутника Ресурс-О-3, выполнено в системе ERDAS IMAGINE 8.2 в масштабе 1:1 000 000. Основой для дешифрирования послужили экспертные и литературные данные. Результаты полевого обследования ряда ключевых участков, проведенного экспедицией Гринпис летом 1998 года показали высокую точность интерпретации космических изображений.В декабре 1998 г. Гринпис России совместно с Центром охраны дикой природы подготовил карту сохранившихся крупных массивов малонарушенных лесов Европейского Севера России (республик Карелии и Коми, Архангельской и Вологодской областей). Карта сделана на основании анализа спутниковой съемки (1997-1998 г.г., снимки спутников Ресурс-0-3 и Ресурс-0-4 с разрешением 150 и 35 метров) и материалов полевого обследования ключевых точек и наиболее важных массивов. На территории четырех регионов (кроме полосы притундровых лесов в пределах Архангельской области и республики Коми) выявлены крупные (более 100 тыс. га) и средние (20-100 тыс. га) сохранившиеся массивы малонарушенных таежных лесов. По информативности и детальности отображения информации карта соответствует масштабу 1:2.000.000. В качестве промежуточного этапа работы на большей части территории было проведено ландшафтно-экологическое картирование.Работы по тематическому картированию и созданию ГИС Гринпис России проводит с использованием программного обеспечения, поставляемого компанией "DATA+" (Москва): системы обработки данных дистанционного зондирования Земли ERDAS IMAGINE и векторные ГИС - ARC/INFO и ArcView GIS. Основным источником космической информации служат материалы многозональной сканерной съемки отечественных ресурсных спутниковых систем Ресурс-0-3 и Ресурс-0-4 с высоким (35-45 м) и средним (140-170 м) разрешением, поставляемые компанией СканЭкс (Москва). В настоящее время в архиве СканЭкс имеются сезонные снимки среднего разрешения практически на всю территорию России. Также имеется возможность заказа оперативной съемки. Это позволяет использовать их как для единовременного анализа состояния крупных территорий, так и для мониторинга крупных антропогенных нарушений. Поскольку Гринпис не имеет достаточных средств для приобретения снимков космических программ SPOT и Landsat из-за рубежа, в работе использовались архивные демонстрационные снимки SPOT, предоставленные компанией "DATA+".Анализ состояния малонарушенных лесных экосистем европейского Севера РоссииОдним из основных направлений работы Гринпис России является сохранение биологического, экосистемного и ландшафтного разнообразия российских лесов. В рамках этого направления основные усилия Гринпис России направлены на:

- сохранение массивов естественной тайги, практически не преобразованной хозяйственной деятельностью человека;- организацию общественного контроля за соблюдением российского законодательства в области охраны и использования лесов;

- внедрение в практику российского лесного хозяйства принципов, критериев и стандартов устойчивого, экологически- и социально-ответственного лесопользования.

Основными регионами деятельности Гринпис России являются европейская часть России и часть российского Дальнего Востока - те территории, где благодаря деятельности крупных международных лесозаготовительных компаний происходит наиболее активное уничтожение массивов малонарушенной лесной природы. Европейский Север России в течение последних полутора столетий был основным источником древесины как для внутренних нужд России, так и для экспорта. Уже в конце XIX века объемы лесозаготовок на Севере сравнялись с естественной продуктивностью лесов, а в 30-е годы нашего столетия, когда леса русского Севера стали одним из ведущих источников сырья для экспортной торговли СССР, интенсивность лесозаготовок почти повсеместно превысила естественную продуктивность. Масштабы уничтожения естественной природы человеком впечатляют. По пяти северным регионам России (Архангельской, Вологодской и Мурманской областям, республикам Карелии и Коми) только за последние 60 лет лесозаготовками было уничтожено около 73% естественной темнохвойной тайги (в том числе 62% вырублено или уничтожено пожарами и 11% превращено в мелкие разрозненные участки, не способные к самоподдержанию). Крупных лесных массивов, в общих чертах сходных с абсолютно естественными и сохранивших большую часть исходного биологического разнообразия, осталось совсем немного - вместе с расположенными в пределах таких массивов болотами, озерами, реками и ручьями менее 8% от общей площади лесов Европейского Севера России. При современных темпах лесозаготовок эти массивы могут быть уничтожены в течение ближайших нескольких лет. За это время или будет решен вопрос об их сохранении, или естественная равнинная тайга Европейской России безвозвратно исчезнет с лица Земли.Единственным путем решения данной проблемы является активное воздействие на общественное мнение, в том числе в тех странах, где происходит наиболее интенсивное потребление древесины из последних крупных массивов российской тайги, и через общественное мнение - на основные фирмы - потребители древесины. Благодаря таким действиям уже удалось приостановить уничтожение последних крупных таежных массивов в Карелии за счет введения моратория на покупку древесины из них.Проект лесной компании Гринпис, выполняемый при поддержке фонда Дж. Д. и К. Т. Макартуров, направлен на создание карты сохранившихся крупных массивов естественной тайги Европейской России и Урала масштаба 1:1.000.000 и подготовку предложений по резервированию этих массивов под организацию особо охраняемых природных территорий. Составной частью проекта является подготовка картографических материалов по каждому конкретному лесному массиву на основе лесоустроительной квартальной сети. Эта картографическая информация необходима для организации системы оперативного контроля за состоянием и использованием крупных таежных массивов, а в дальнейшем для подготовки документов по созданию охраняемых природных территорий.В ходе проекта сотрудниками Гринпис и СканЭкс было отобрано из оперативного архива снимков Ресурс-О более двух десятков космических изображений среднего (140-170 м) разрешения по обследуемой территории. Перевод изображений в проекцию создаваемой карты осуществлялся в два этапа:

- трансформация снимка в проекцию Гаусса на основании орбитальных данных спутника, проводимая сотрудниками СканЭкс с помощью оригинального программного обеспечения;

- географическая коррекция привязки по картам масштаба 1:500.000 и трансформация в коническую равнопромежуточною проекцию, производимая в среде ERDAS IMAGINE. Высокая точность геокоррекции (ошибка трансформирования не превышает 200-500 м на местности) позволили наиболее полно использовать информацию космического снимка.

Интерпретация спутниковых данных производилась путем экспертного дешифрирования. При определения критериев выделения типов ландшафтов учитывается весь спектр имеющихся картографических, литературных и исторических материалов, данные экспертов и полевые наблюдения. Использовались тематические картографические материалы (карты растительности и ландшафтная карта). Для удобства дешифрирования и усиления контраста разнородных контуров использовались различные синтезы спектральных каналов и средства для работы с гистограммами яркости ERDAS IMAGINE. Кроме того, результаты глазомерного дешифрирования корректировались по тематической карте, полученной методами автоматической классификации (использовался кластерный анализ и классификация по эталонным объектам). Результаты автоматической классификации служили для сопоставления удаленных участков одного снимка или различных снимков. Однако более полному использованию автоматических методов препятствовало отсутствие алгоритмов атмосферной коррекции и коррекции освещенности для снимков системы Ресурс-О. При выделении групп так же учитывалась достоверность разделения объектов, их природоохранная значимость и возможность мониторинга.Основной задачей анализа космических снимков было выявление крупных массивов малонарушенных лесов. К этой категории мы относили леса, не затронутые интенсивной хозяйственной деятельностью в течение последнего столетия, а так же ассоциированные с ними нелесные (болотные, речные, озерные, скальные, горные и др.) экосистемы. В процессе дешифрирования к малонарушенным относили такие сообщества, в которых при данном разрешении снимка не выявляются признаки антропогенного воздействия, а состав доминантной растительности соответствует естественному. Ландшафты, затронутые или преобразованные деятельностью человека, разделялись на меньшее число типов, чем малонарушенные ландшафты. В целом в ходе анализа использовались следующие признаки:

- географические и геоморфологические характеристики (поймы, речные террасы, водоразделы, предгорные и горные территории);- фитоценологические характеристики (южно-, средне-, и северотаежные леса, луга, верховые болота, тростниковые марши, тундра и лесотундра);- лесотаксационные характеристики (сомкнутость древостоя, преобладающие породы - ель, сосна, лиственница, мелколиственные породы);- степень антропогенного воздействия (города и поселки, участки разработки месторождений полезных ископаемых, сенокосы и пастбища, поля, сплошные рубки, выборочные рубки, крупные гари);

- продолжительность воздействия человека, определяемая как визуально (методы антропогенного воздействия, густота дорожной сети, плотность заселения), так и на основании собранных материалов по истории природопользования.

Создание векторной тематической карты проводилось в системе ArcView GIS. Возможности работы с множеством растровых слоев позволяли одновременно использовать разновременные снимки и картографические материалы, приведенные к одной проекции. Обработка полученной карты в системе ARC/INFO позволила рассчитать площади сохранившихся естественных лесов по республикам, областям, районам.

В настоящее время ведется работа по совмещению результатов анализа и схемы лесоустроительной квартальной сети (закончено для территории республики Карелия). Квартальная схема позволит контролировать деятельность лесхозов и лесорубочных фирм, а также облегчит планирование и проведение полевых работ. В дальнейшем ГИС-отдел Гринпис планирует создание карты сохранившихся крупных таежных массивов на всю Европейскую Россию и Урал. Ориентировочный срок создания такой карты - конец 2000 года с доработкой по результатам полевых исследований в течение 2001 года. Кроме того, использование спутниковой информации позволяет вести постоянный оперативный контроль за деятельностью лесозаготовителей.