книги из ГПНТБ / Кармазин, А. У. Вертолеты в лесном хозяйстве

АТМОСФЕРНО-МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮ Щ ИЕ НА КАЧЕСТВО АЭРОТАКСАЦИИ

К атмосферно-метеорологическим относятся факторы, характе­ ризующие среду, в которой выполняется полет (прозрачность атмосферы, осадки, температура наружного воздуха), видимость объектов таксации с принятой высоты полета и освещенность полога насаждений и отдельных крон деревьев в момент наблю­ дения.

Прозрачность атмосферы. Слой воздуха между объектом на­ блюдения и наблюдателем уменьшает видимость вследствие ослаб­ ления светового потока, идущего от объекта к наблюдателю и на­ ложения «воздушной дымки» на объект.

Возникает вопрос, при какой минимальной видимости можно выполнять полеты на аэротаксацию лесов? По существующему по­ ложению в гражданской авиации аэротаксационный экипаж может выполнять полеты при горизонтальной видимости 1500 м. Однако при такой видимости производить аэротаксацию очень трудно по следующим причинам. Ухудшаются условия для общей и деталь­ ной ориентировки, затрудняется осмотр выделов, больших по пло­ щади и имеющих протяженность более 1500 м. Кроме того, ухуд-

50

шаются условия уверенного вертолетовождения от выдела к вы­ делу. Следовательно, горизонтальная видимость для проведения аэротаксации с вертолета должна быть З о и более.

Существенное влияние на видимость оказывают осадки. При выпадении их в виде дождя горизонтальная видимость, измеренная на земле, в воздухе уменьшается в два раза (Матвеев, Смирнов, 1955) из-за покрытия водяной пленкой стекол кабины вертолета. А это намного затрудняет обзор местности из кабины и ведение детальной ориентировки наблюдателем. Осадки в виде снега умень­ шают видимость, установленную у земли, в четыре раза, кроме того, снег покрывает сплошным слоем боковые стекла кабины (у вертолета МИ-1 боковые стекла не обогреваются) н тем самым исключается возможность рассматривания наземных объектов.

При температуре наружного воздуха от 0°С и ниже стекла ка­ бины запотевают, а при температуре ниже —6° С замерзают, что тоже ведет к уменьшению обзора пролетаемой местности. Пере­ численные недостатки исключены на вертолете МИ-2.

Влияние высоты полета на распознаваемость объектов. Распоз-

навамость наземных объектов находится в прямой зависимости от высоты полета, т. е. чем ниже выполняется полет, тем лучше рас­ познаются объекты таксации и наоборот. С увеличением высоты полета наступает такой момент, когда можно определить только контуры объектов. С вертолета наблюдатель, имеющий нормаль­ ную остроту зрения, может различить предметы, размеры которых превышают 0,002 высоты полета (Самойлович, 1955). И только объекты, имеющие большую контрастность, т. е. резко выделяются от соседних на общем фоне, различаются при размерах 0,001 вы­ соты полета.

Пользуясь этими величинами, нами составлена таблица мини­ мальных размеров объектов, различаемых с вертолета, в зависимо­ сти от высоты полета.

Из приведенных даных видно, что при высоте полета 100 м различают кроны деревьев при их ширине 10—20 см и более. Отсюда следует, что с принятой высоты полета можно определять и описывать насаждения всех классов возраста.

Влияние освещенности на качество аэротаксации. В зависимо­ сти от метеорологических условий (погоды) дневная освещенность может быть суммарной при безоблачном небе и рассеянной при

сплошной облачности. Положение солнца на небесном своде (вы­ сота и азимут) определяет дневную интенсивность освещения зем­ ной поверхности, в том числе и объектов таксации. Как показала практика, выполнение аэротаксации при различной освещенности, положение солнца и наблюдателя в момент рассматривания объек­ тов таксации оказывает значительное влияние на достоверность установления таксационных показателей с вертолета. В связи с этим возникла необходимость решить вопрос об оптимальной освещенности и положении наблюдателя по отношению к солнцу в момент таксации, а также о выборе наилучшего времени для вы­ полнения полетов.

Интенсивность освещения объектов таксации в период с мая по октябрь в средних широтах зависит от высоты и азимута солнца. В утренние и вечерние часы при безоблачном небе и небе, закры­ том сплошной облачностью, при высоте стояния солнца над гори­ зонтом 5° освещенность по В. Я- Михайлову (1952) равняется соответственно 4 и 2 тыс. лк. При такой освещенности видны только верхние части крон (‘/з длины деревьев). Практически уста­ новлено, что при безоблачном небе, когда высота стояния солнца над горизонтом равна 15°, а при сплошной облачности — 25°, интен­ сивность освещенности (15—12 тыс. лк) позволяет наблюдателю просматривать насаждения до земной поверхности, т. е. объекты таксации становятся полностью видимыми. Следовательно, в ясную погоду аэротаксацию можно начинать спустя 2 ч, а при сплошной облачности — 3 ч после восхода солнца и заканчивать за 2 ч до захода солнца при ясной погоде и за 3 ч при сплошной облачности до захода солнца.

Однако с увеличением высоты стояния солнца интенсивность освещенности объектов возрастает. Одновременно возрастает и яркость воздушной дымки, которая сглаживает контрасты такси­ руемых объектов. Кроме того, увеличивается интенсивность отра­ женного от крон деревьев света, который оказывает слепящее дей­ ствие на глаза наблюдателя. Все это в общей совокупности сни­ жает видимость объектов таксации, а следовательно, оказывает отрицательное влияние на качество аэротаксации. Отсюда возни­ кает вопрос об ограничении времени проведения аэротаксации в дневное время. Влияние атмосферной дымки и отраженного света начинается с 10—11 ч и уменьшается к 16—17 ч. Следовательно, утренние полеты надо заканчивать не позднее 10—11 ч, начинать вечерние — не ранее 16—17 ч по местному времени. При полетах под сплошной облачностью эти ограничения не распространяются.

Направление наблюдения относительно положения солнца играет важную роль при выполнении аэротаксационпых полетов.

Для установления влияния освещенности и направления наблю­ дения по отношению к солнцу на достоверность определения такса­ ционных показателей с вертолета в 1965 г. были выполнены полеты по одному и тому же маршруту, на котором находились 25 лесных участков. На этом маршруте преобладали спелые сосновые, кедро­ вые и березовые насаждения III—IV классов бонитета с полнотой

52

аэроснимки, снятые при солнечной погоде (Самойлович, 1964). Это положение подтверждается и работой А. М. Березина (1957).

Большое влияние на качество лесного дешифрирования оказы­ вает фенологическое состояние древесных пород в момент аэро­ фотосъемки.

Г. Г. Самойлович, а позднее С. В. Белов (1958) провели иссле­ довательские работы по выявлению влияния изменения фенологи­ ческого состояния насаждений в момент аэрофотосъемки на дешифровочные свойства аэроснимков.

снимки, обладающие высокими дешифровочными качествами. Кроме фенологического состояния насаждения, в момент аэро­

фотосъемки на дешифровочные свойства аэроснимков оказывает влияние отражательная способность полога различных пород. Следовательно, изучение в комплексе фенологического состояния насаждений и отражательной способности древесных пород позво­ лит не только составить карты оптимальных сроков аэрофото­ съемки, но н создать аэропленки с определенными заданными дешифровочными свойствами.

Первоочередной задачей исследователей является постоянное изучение фенологического состояния и отражательной способности насаждений во всех районах Советского Союза с последующим со­ ставлением альбома оптимальных сроков аэрофотосъемки с учетом типа аэропленкп. Только при этом условии можно получить аэро­ снимки с высокими дешифровочными свойствами.

По установлению наилучших типов аэропленок для дешифровочных целей исследовательские работы выполняли и другие авторы. Так, Ю. С. Апостолов (1964) провел работу по выявлению наилуч­ ших типов цветных и спектрозональных аэропленок для контурного дешифрирования в двух районах страны, в районе широколиствен­ ных лесов европейской части СССР и районе лесов Восточной Сибири (Бурятская АССР), Им испытывались аэропленки типов СН-23, СН-2М, СН-5, СН-4, ЦН-3, ДС-5, Тип-10, из которых наи­ лучшими дешифровочными свойствами обладает спектрозональная трехслойная аэропленка СН-23.

В районах Западной Сибири нами в 1964 г. были проведены ис­ следовательские работы для установления аэропленок, обладаю­ щих наилучшими дешифровочными свойствами. Одновременно с этим ставилась задача выявления аэропленки, аэроснимки кото­ рой обладают и наилучшимн измерительными качествами (Карма­ зин, 1964).

Исследовательские работы проводились на территории Орехов­ ского леспромхоза Омской обл. Часть территории леспромхоза при­ мерно 40 тыс. га была в 1963 г. специально заснята на аэропленки типов СН-2М, СН-4, СН-23, ДС-5. Аэрофотосъемка выполнена 13 сентября с 11 до 12 ч на аэропленке типов СН-2М и СН-23 и 14 сентября с 13 до 14 ч — на аэропленке типов СН-4 и ДС-5. Сни-

54

ыали аэрофотоаппаратом АФА-ТЭ с фокусным расстоянием, рав­ ным 138,9 мм. Площадь, на которой проводили исследовательские работы с аэроснимками типов СН-2М, СН-4, ДС-5 п черно-белыми* полученными со спектрозоналыюй аэроплепки СН-2М, составляла соответственно: 7,1; 6,8; 6,1; 6,8 и 6,8 га. Остальная территория при­ ходилась на колхозные землепользования.

Контурное дешифрирование всех пяти типов аэроснимков про­ водилось в два приема. В первый прием его выполнили на площади 1042 га, задавшись целью выделить однородные участки, границы которых распознавались при рассматривании аэроснимков под сте­ реоскоп. Количество выделенных участков на аэроснимках различ­ ных типов приводится в табл. 10.

Во второй прием аэроснимки всех типов были отдешифрированы этим же исполнителем на всем исследовательском участке приме­ нительно к III разряду лесоустройства.

Из приведенных данных в табл. 11 можно сделать вывод, что наилучшими дешнфровочными свойствами для распознавания и установления однородных участков леса для районов Западной

55

Сибири обладают аэроснимки, полученные с аэропленок типов СН-23 и СН-2М. Кроме того, эти аэроснимки отличаются лучшими фотографическими качествами.

Для решения вопроса о наилучших типах аэроснимков для из­ мерений некоторых таксационных показателей на аэроснимках СН-2М, СН-4, СН-23, ДС-5 и черно-белых с аэропленки СН-2М были замерены стереометром СТД-2 средняя высота Н дерева преобладающей породы и диаметр ее кроны DKна каждом участке. Кроме того, нужно было установить возможность и точность изме­ рений названных , тексационных показателей в подготовительный период перед аэротаксацией, чтобы в дальнейшем заменить опре­ деление с воздуха средних Н и DK в связи со сравнительно боль­ шими отклонениями их при определении с вертолета от истинных значений.

Измерения выполняли два исполнителя. Перед началом работ возник вопрос о количестве деревьев (групп деревьев) в каждом выделе для измерения, которые обеспечили бы соответствующую точность. В данном случае исходили из коэффициента вариации деревьев по высоте. По данным О. А. Трулля (1966), коэффи­ циент вариации деревьев по высоте составляет 8—12%. По А. В. Тюрину степень изменчивости этого признака в однородных насаждениях равна 8—13%, в разнородных — 20—30%. Учитывая, что насаждения на исследовательском участке сравнительно одно­ родные, мы приняли средний коэффициент вариации 12%. Точность определения высоты дерева (группы деревьев) по существующим требованиям равна 7%. По известной формуле

где N — количество необходимых наблюдений;

С— коэффициент вариации;

Р— точность опыта

находим количество наблюдений — в нашем случае измерений в каждом выделе, необходимых для получения соответствующей точности при измерении средней Н участка

Руководствуясь в дальнейшем этим положением в каждом вы­ деле при рассматривании его в стереоскоп, подбирали три—пять групп деревьев, примерно характеризующих среднюю высоту полога древостоя, и измеряли их высоту.

Измерение высот деревьев осуществлялось сравнительно легко в связи с наличием болот и других нелесных площадей, гранича­ щих с лесными участками.

При измерении диаметра крон деревьев преобадающей породы в каждом выделенном участке на всех типах аэроснимков лупой с 10-кратным увеличением замеряли DK в двух противоположных

56

направлениях у средних пяти—шести деревьев. Количество наблю­ дений, необходимых для измерений, было выведено с учетом коэф­ фициента варьирования диаметра крон каждой породы.

Далее, пользуясь корреляционной таблицей, составленной А. М. Березиным и И. А. Труновым (1957) для лесов Омской обл., по DK соответствующих преобладающих пород, вычисляли диаметр на высоте груди. Полученные средние высоты и диаметры сравни­ вали в сопоставительной ведомости с измеренными в натуре сред­ ними высотами и диаметрами преобладающих пород каждого

,выдела. Результаты обрабатывались математико-статистическим методом. Полученные среднеквадратическпе ошибки, выраженные в процентах, приводятся в табл. 12.

Систематические ошибки при измерении средней высоты де­ ревьев на аэроснимках СН-23, СН-2М и черно-белые с аэропленки СН-2М имеют знак минус и процент отклонения от —0,1 до —8,6%, что вполне закономерно, так как вершины деревьев в ди­ аметре, меньше разрешающей способностц системы «объективаэропленка», на аэроснимках не просматриваются. Ошибки, выра­ женные в абсолютных величинах и полученные при измерении средних высот на аэроснимках СН-23 и СН-2М, не выходят за пре­ делы, предусмотренные лесоустроительной инструкцией.

Систематические ошибки при вычислении среднего диаметра на высоте груди по DK по всем типам аэроснимков н преобладающим породам имеют знак плюс (11 случаев из 12).

По аэроснимкам СН-4, ДС-5 и черно-белым с аэропленки СН-2М отклонения в измерении средних высот и вычислении Di,3 превышают допустимые нормы в связи с меньшей разрешающей способностью этих аэроснимков. На основании полученного ма­ териала исследовательских работ можно 'сделать вывод о том, что аэроснимки с аэропленок СН-23 и СН-2М находятся в допусти­ мых пределах, за исключением ошибок по преобладающей породе сосны.

57

По аэроснимкам СН-4, ДС-5 и черно-белым с аэропленки СН-2М отклонения в измерении средних Н и вычислении Dli3 пре­ вышают допустимые нормы. На основании полученного материала исследовательских работ можно сделать вывод, что аэроснимки с аэропленок СН-23 и СН-2М обладают не только лучшими дешифровочными свойствами для установления границ выдела, но имеют и лучшие измерительные качества.

Корреляционные связи между некоторыми таксационными признаками для преобладающих пород средней тайги лесов Западной Сибири

Еще при анализе первых аэроснимков лесные специалисты вы­ сказывались о возможности измерения некоторых таксационных показателей по этим снимкам для получения данных о других таксационных показателях по существующей между ними корреля­ ционной связи. Взаимосвязи существуют между многими такса­ ционными признаками, а именно: диаметром кроны и диаметром на высоте груди, диаметром кроны и высотой, сомкнутостью полога и полнотой, между высотой, диаметром кроны и типом леса и дру­ гими признаками.

В 1966—1967 гг. Западно-Сибирским лесоустроительным пред­ приятием под руководством Л. Г1. Зайченко были проведены опытно-производственные работы для установления возможности и достоверности камерального дешифрирования аэроснимков с одно­ временным установлением взаимосвязей между таксационными признаками. Работы проводили в Тюменской обл. (южная часть Березовского лесхоза) и в северной части Томской обл. (Алексан­ дровский лесхоз). Территория этих лесхозов относится к району средней тайги лесов Западной Сибири (Крылов, 1958).

Во время работ было заложено свыше тысячи круговых проб­ ных площадей по существующей методике с выполнением дополни­ тельных работ по измерению диаметров крон в двух направлениях (СЮ и ЗВ). Пробные площади охватывали сосновые, кедровые, елово-пихтовые, березовые и осиновые насаждения. После обра­ ботки полевых материалов и камеральных измерений на аэросним­ ках установлены зависимости между диаметром крон деревьев и диаметром на высоте груди, между сомкнутостью полога насажде­ ний и полнотой, а также выявлена зависимость между диаметром крон, высотой и типом леса преобладающих пород лесов Западной Сибири.

Зависимость между диаметром крон деревьев и диаметром на высоте груди. По данным пробных площадей были составлены графики зависимости между DK и Di,3 для сосновых, кедровых, елово-пихтовых, березовых и осиновых насаждений, на основании которых составлена табл. 13, дающая возможность при измерении на аэроснимках диаметров крон получить диаметры деревьев на высоте груди. Кроме того, на основании полученных графиков были вычислены коэффициенты варьирования диаметров крон, ко­

58

торые требуются при определении минимального количества изме­ рений в выделе при производстве измерительного дешифрирования и составляют: для сосны 20—22%, для кедра — 18—20%, березы —

20—22%, для ели и пихты — 14—16%, для осины — 20—25%.

Зависимость между сомкнутостью крон в пологе насаждений и их полнотой. При камеральном измерительном дешифрировании аэроснимков полнота насаждений может быть определена в резуль­ тате выявления взаимосвязи между сомкнутостью полога и полно­ той насаждений. С этой целью на аэроснимках масштаба 1 : 15000 линейкой и точечной палетками измеряли сомкнутость полога на­ саждений в выделах, где были заложены пробные площади и имелись вычисленные истинные полноты.

При детальном анализе строения полога насаждений одних и тех же выделов как по наземным данным, так и по аэроснимку, выявилось, что при разделении полога на нормальный и рыхлый (под последним принимался полог насаждений на аэроснимке, в котором существуют провалы и просматривается земная поверх­ ность при анализе аэроснимка под стереоскопом) существует вполне определенная зависимость между сомкнутостью и полнотой с коэффициентом корреляции, находящимся в пределах 0,75—0,85.

Из графиков рис. 6—10 видно, что в насаждениях с нормаль­ ным пологом сомкнутость на 1,5—2 единицы больше полноты, а при рыхлом пологе — сомкнутость равна полноте или не превышает 1 единицы. В насаждениях с полнотой 0,5 и ниже сомкнутость по­ лога в основном равна полноте или меньше последней на 0,5

5Э