Космический мониторинг в сельском и лесном хозяйстве
Технологии космического мониторинга позволяют эффективно отслеживать различные аспекты сельскохозяйственной деятельности. Съемки из космоса обеспечивают проведение инвентаризации сельскохозяйственных земель, выполнение оперативного контроля состояния посевов на различных стадиях, позволяют выявлять процессы деградации земельных ресурсов, определять потенциальные угрозы для посевов и решать многие другие задачи агропромышленного комплекса. Снимки сельскохозяйственных угодий из космоса позволяют проводить инвентаризацию угодий, контролировать посевы на разных этапах, решать многие тематические задачи. Сервисы космического мониторинга помогают получать точные данные с любого участка с установленной периодичностью.
Рисунок 1 – Краснодарский край, космический снимок RapidEye (синтез: ближний инфракрасный ‒ крайний красный ‒ красный), пространственное разрешение 5м.
Основные преимущества данных дистанционного зондирования Земли (далее ‒ ДЗЗ) для решения задач сельского хозяйства:
-
Оперативность. Актуальные космические снимки могут быть получены в течение суток после размещения заказа на осуществление съемки.
-
Объективность. Информация, получаемая по космическим снимкам, является априори достоверной и отображает действительную картину состояния сельскохозяйственных земель и растительности.
-
Единовременность и периодичность. Современные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли позволяют осуществлять съемку высокого разрешения с очень высокой периодичностью (до 1 суток).
-
Единообразие. Данные космической съемки поставляются с откалиброванных сенсоров, устанавливаемых на спутниках, и не нуждаются в каких-либо дополнительных преобразованиях, направленных на улучшение их взаимной совместимости.
-
Обзорность. Современные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли позволяют получать единовременную съемку на огромных площадях, что обеспечивает единовременность наблюдений на производственных участках, расположенных на значительном отдалении друг от друга.
-
Решение широкого круга прикладных задач сельского хозяйства.
В рамках реализации проекта «Внедрение инноваций Программы «Коперникус» для сферы охраны окружающей среды и обеспечения безопасности в регионе Балтийского моря» (R036, Speeding up Copernicus Innovation for the BSR Environment and Security, BalticSatApps), Программа трансграничного сотрудничества «Интеррег. Регион Балтийского моря» на период 2014-2020 годов было проведено исследование «Картографирование основных нужд и требований пользователей Программы «Коперникус».
В сфере сельского хозяйства были выявлены несколько видов тематических задач:
-
картографирование сельскохозяйственных угодий;
-
выявление изменений границ сельскохозяйственных угодий;
-
определение степени зарастания сельскохозяйственных угодий;
-
выявление заброшенных сельскохозяйственных земель;
-
оценка степени увлажненности почв.
Для решения прикладных задач используются космические снимки/ готовые тематические продукты на основе ДЗЗ (например, карты с NDVI) на конкретные даты (для единовременного анализа объектов). Наибольшее применение находят оптические мультиспектральные данные высокого и среднего пространственного разрешения.
В ходе проведения исследования сферы сельского хозяйства были определены следующие возможности использования данных ДЗЗ для улучшения существующих бизнес-процессов и сервисов, и упрощения работы специалистов, осуществляющих свою деятельность в данной сфере:
-
оценка привлекательности земель для инвестиций;
-
управление развитием территории;
-
оценка экономических потерь;
-
оценка экономических затрат на восстановление заброшенных земель;
-
оценка экономических затрат на выявление и восстановление поврежденных сельскохозяйственных земель.
Примеры из российской практики
Космические снимки уже используются в России для управления сельскохозяйственными землями. На федеральном уровне в 2012-2013 годах был создан Атлас земель сельскохозяйственного назначения, при подготовке которого космические снимки использовались для определения границ сельскохозяйственных земель. Данные космического мониторинга успешно применяются в некоторых регионах. Так, в Калужской области вот уже четыре года на базе космических снимков обновляется информация о текущем состоянии и использовании земельных ресурсов в целях повторного освоения сельскохозяйственных угодий, перераспределения земель и налогообложения.
Рисунок 2 ‒ Атлас земель сельскохозяйственного назначения на примере нижегородской области
Лесопользование
Рисунок 3 – Снимок со спутника Sentinel-2 (28.09.2017) на территорию Иркутской области
Важным условием повышения эффективности управления лесными ресурсами, ведения лесного хозяйства и лесопользования является наличие достоверной информации о лесном фонде. С появлением спутников ДЗЗ, оборудованных оптико-электронными сенсорами сверхвысокого разрешения, космические снимки смогли составить конкуренцию аэрофотоснимкам в качестве исходного материала для крупномасштабного картографирования. Интерес к космическому мониторингу лесов связан с активным включением российских лесных ресурсов в мировую экономику, приходом на российских рынок крупных зарубежных лесопромышленных компаний, переходом на международные стандарты сертификации, вовлечением России в процесс борьбы с нелегальными рубками. Внедрение практики регулярной космической съёмки лесов России со средним и высоким разрешением позволит на новом уровне решать многие из задач лесного хозяйства: контроль за процессами лесозаготовок (включая контроль нелегальных рубок); оценка последствий лесных пожаров; лесопатологический мониторинг; инвентаризация лесного фонда, сертификация лесных участков; оценка лесовозобновления. Решение всех перечисленных задач может осуществляться независимо на федеральном и региональном уровнях, а также на уровне крупных лесных компаний-арендаторов.
В ходе исследования «Картографирование основных нужд и требований пользователей Программы «Коперникус», направленного на определение тематических задач, был составлен следующий список:
-
выявление изменений границ лесных массивов (Картографирование лесных массивов);
-
выявление лесных вырубок;
-
выявление изменений границ отвода лесосек;
-
выявление лесных пожаров;
-
оценивание границ гарей;
-
проведение оценки лесовозобновления выгоревших участков леса;
-
определение границ болот и заболоченных территорий;
-
выявление очагов и границ поражения лесов болезнями или вредными насекомыми.
Для решения прикладных задач, связанных со сферой лесопользования, специалистам требуются:
-
космические снимки/ готовые тематические продукты на основе ДЗЗ, созданные на конкретную дату, для оперативного обнаружения пожаров;
-
многовременные серии снимков / тематических продуктов, полученных с высокой частотой, для оперативного мониторинга пожаров и сгоревших участков лесов.
При этом, наибольшее применение находят оптические мультиспектральные данные высокого и среднего пространственного разрешения.
В ходе исследований были определены следующие возможности использования данных ДЗЗ в сфере лесопользования для улучшения существующих бизнес-процессов и сервисов и упрощения работы специалистов:
-
управление лесами;
-
оценка экономических потерь (последствий лесных пожаров, заболеваний леса и пр.);
-
оценка экономических затрат на восстановление поврежденных территорий;
-
оценка привлекательности земли для инвестиций.
Примеры из российской практики
Существует несколько примеров успешного использования данных ДЗЗ в сфере лесопользования:
1) Благодаря космическому мониторингу Земли в 2020 году на территории Башкирии в два раза снизились объемы незаконных рубок за 8 месяцев. Министр лесного хозяйства РЮ Марат Шарафутдинов отметил: «Позитивные результаты достигнуты, в первую очередь, благодаря проведению космического дистанционного мониторинга использования лесов, – отметил министр лесного хозяйства РБ Марат Шарафутдинов. — В этом году мониторинг проводится на территории 10 лесничеств республики на общей площади 2,1 млн га, что составляет 40% территории лесного фонда. В результате мониторинга выявлено более 30% всех незаконных рубок».
2) В 2019 году в Нижегородской области был запущен пилотный проект по космическому мониторингу лесов. Директор департамента лесного хозяйства Роман Алексеевич Воробьев отметил, что в Нижегородской области есть проблема незаконных рубок характерная и для других богатых лесами регионов. Роман Алексеевич отметил: «Часто лесникам не удается застать нарушителей на месте или сразу же обнаружить незаконную рубку в лесу и приехать на место, чтобы пресечь расхищение леса. Космический мониторинг позволит намного быстрее выявлять такие нарушения».
3) В марте 2019 года стартовал международный проект «Инновационные информационные технологии для анализа негативного воздействия на леса приграничного региона» (Innovative information technologies for analysis of negative impact on the cross-border region forests, InnoForestView, KS 1309) в рамках программы приграничного сотрудничества Россия – Юго-Восточная Финляндия 2014-2020 годов.
Рисунок 4 ‒ Главная страница сайта проекта «Инновационные информационные технологии для анализа негативного воздействия на леса приграничного региона»
Партнеры проекта:
1. Санкт-Петербургский информационно-аналитический центр
(г. Санкт-Петербург, Россия) – ведущий партнер;
2. Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН
(г. Санкт-Петербург, Россия);
3. Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени
С.М. Кирова (г. Санкт-Петербург, Россия);
4. Институт природных ресурсов Финляндии (г.Хельсинки, Финляндии).
Основная идея проекта – разработка и внедрение на российской и финской сторонах единой инновационной информационной системы, предназначенной для решения задач анализа и прогнозирования последствий воздействия природных и антропогенных негативных факторов на состояние лесов на приграничных территориях. Одной из отличительных функций системы будет являться анализ динамики происходящих изменений на основе оценки таких параметров состояния лесов, как источники антропогенного воздействия на лесные экосистемы приграничных территорий, источники распространения вредителей и распространения болезней леса, показатели состояния противопожарной безопасности лесов, экологического состояния лесов в целом и т.д. Система будет реализована на базе мобильных веб-технологий для организации глобального доступа с обычных персональных устройств и через геопорталы. Источниками данных для анализа являются материалы дистанционного зондирования Земли и результаты наземных измерений. Ссылка на официальный сайт проекта: https://innoforestview.site/
Источники
1) Компания СОВЗОНД. Космический мониторинг в сельском хозяйстве. URL: https://sovzond.ru/industry-solutions/agro/
2) Исследование «Картографирование основных нужд и требований пользователей Программы «Коперникус», проведенное в рамках реализации проекта «Внедрение инноваций Программы «Коперникус» для сферы охраны окружающей среды и обеспечения безопасности в регионе Балтийского моря» (R036, Speeding up Copernicus Innovation for the BSR Environment and Security, BalticSatApps), Программа трансграничного сотрудничества «Интеррег. Регион Балтийского моря» на период 2014-2020 годов.
3) RB Rusbase «Космические технологии помогают сельскому хозяйству. URL: https://rb.ru/opinion/agro-space/
4) Европейское космическое агентство [Электронный ресурс] ‒ Режим доступа: https://www.esa.int/
5) Проект «Инновационные информационные технологии для анализа негативного воздействия на леса приграничного региона» (Innovative information technologies for analysis of negative impact on the cross-border region forests, InnoForestView, KS 1309) в рамках Программы приграничного сотрудничества Россия-Юго-Восточная Финляндия 2014-2020 URL: https://innoforestview.site/
6) Космический мониторинг лесов России CNews/аналитика. URL: https://www.cnews.ru/reviews/free/gov2006/articles/gosManage.shtml
