Известия вузов Геодезия и аэрофтосъемка №6

шению лесных пожаров будет включать в себя

казателей, а соответственно и эффективность

четыре этапа.

принятых на этом этапе мер не представляется

Этап 1. Построение по имеющимся в рас-

возможным.

поряжении данным зависимости площади,

На втором этапе реализации методики

пройденной огнем, от времени с момента на-

производится

построение мультилогистиче-

чала наблюдения за пожаром.

ской модели распространения пожаров. Для

Этап 2. Построение мультилогистической

этого по имеющимся в распоряжении данным

модели развития пожара с целью оценки зна-

о площадях, пройденных огнем к определен-

чений характеристик роста скорости распро-

ным моментам времени, определяется число m

странения пожара на каждом из его этапов.

логистических этапов роста, моменты начала

Этап 3. Расчет тем или иным способом на

и завершения роста площади пожара на каж-

каждом этапе развития пожара значений пара-

дом из этапов, моменты максимального роста

метра f, характеризующего эффективность

площади пожара, а также площади, пройден-

принятых мер по тушению.

ные огнем к этим моментам времени. Вслед за

Этап 4. Принятие решения об эффектив-

этим тем или иным способом рассчитываются

ности принятых мер по тушению на каждом

значения показателей роста площади пожара

из этапов развития лесного пожара.

(показатели Di

и Di

в мультистепенной моде-

Основным преимуществом предложенной

1

2

и ri

в мультиэкспоненци-

ли и показатели ri

методики по отношению к методике, рассмо-

альной модели).

1

2

тренной в работе [1], является возможность

На третьем этапе алгоритмической реа-

проведения с ее помощью более тщательного

лизации методики осуществляется расчет на

анализа динамики распространения пожаров

каждом из этапов распространения пожара

и, как следствие, возможность получения бо-

значений показателя

f, обнаруживающего

лее объективной оценки эффективности про-

различие между величинами Di

и Di , (в слу-

веденных мероприятий по тушению пожара на

1

2

чае использования мультистепенной модели

различных стадиях его распространения.

роста площади пожара)

и величинами ri

и ri

Рассмотрим более детально вычислитель-

1

2

(в случае использования мультиэкспоненци-

ные аспекты реализации каждого из этапов

альной модели роста). Для этой цели можно

предложенной методики оценки эффективно-

воспользоваться одним из ряда приведенных в

сти проведенных мероприятий по тушению

табл. 1 показателей.

пожаров.

На заключительном этапе реализации ме-

На первом этапе алгоритмической реали-

тодики в соответствии с вычисленными на

зации методики осуществляется построение

каждой стадии распространения пожара зна-

по имеющимся в распоряжении исходным дан-

чениями показателя f принимается решение

ным зависимости пройденной огнем площади

об эффективности проведенных на этой ста-

от числа дней, отсчитываемых с момента на-

дии мероприятий по тушению пожара. При

чала наблюдения за пожаром. Исходными дан-

этом если обнаруживается, что на каком-либо

ными при моделировании динамики распро-

этапе распространения пожара скорость при-

странения пожара могут служить сведения о

роста площади пожара в период замедления

пройденных огнем площадях, содержащиеся

ее роста совпадает либо выше скорости при-

в форме 3 Информационной системы дистан-

роста площади в период ускорения ее роста,

ционного мониторинга «Рослесхоз» (ИСДМ-

то можно сделать вывод о неэффективности

Рослесхоз) [2]. При этом если сведений о пло-

принятых на этом этапе мер по тушению.

щадях, пройденных огнем на каком-либо из

Напротив, если скорость прироста площади,

этапов распространения пожара, в распоря-

пройденной огнем на стадии замедления ее

жении нет, то оценить значения данных по-

роста, существенно ниже скорости прироста

площади в период ускорения ее роста, то мож-

Тестирование методики проводилось на ре-

но, соответственно, сделать заключение об

альных лесных пожарах № 78, № 88, № 433 и №

эффективности принятых на этом этапе мер

1060,сведенияоплощадяхдлякоторыхбрались

по тушению, которая тем выше, чем больше

из ИСДМ-Рослесхоз. Для каждого пожара были

значение показателя f. При этом, чем мень-

построены зависимости площади, пройденной

ше скорость роста площади пожара в период

огнем, от времени и сделан вывод об эффектив-

замедленного ее роста скорости роста площа-

ности всей совокупности проведенных на каж-

ди пожара в период ускоренного ее роста, тем

домизэтаповмероприятийпотушениюпожара

соответственно более эффективными были

(табл. 2). В первой и второй графах табл. 2 при-

принятые меры.

ведены номера пожаров, участвовавших в те-

Итак, рассмотренная выше методика оцен-

стировании,атакженомерастадийраспростра-

ки эффективности проведенных мероприятий

нения этих пожаров, для которых было сделано

заключение об эффективности принятых мер

по тушению лесного пожара, основанная на

по их тушению. К сожалению, для пожара № 88

моделировании динамики его распростране-

на второй стадии его распространения и пожа-

ния, дает возможность получить объектив-

ра№433на первойстадии егораспространения

ную оценку эффективности принятых мер по

не удалось дать заключение об эффективности

тушению на отдельно взятом этапе распро-

принятых мер по тушению. Это связано с тем,

странения пожара. Вместе с тем стоит отме-

что для этих периодов распространения пожа-

тить, что попытки моделирования динамики

ров № 88 и № 433 в базе ИСДМ-Рослесхоз от-

развития пожара с целью последующей оцен-

сутствовали сведения о площади, пройденной

ки действия служб пожаротушения предпри-

огнем (пожар № 433 был обнаружен уже после

нимались и раннее. В частности, в работе [3]

того, как скорость роста площади, пройденной

продемонстрировано, что для оценки эффек-

огнем, стала убывать, а для пожара № 88 из-за

тивности применения той либо иной техноло-

высокой облачности над зоной пожара в начале

гии тушения может осуществляться модели-

июля2009 г.площадипожарапоснимкам,полу-

рование динамики роста периметра пожара.

ченным на тот период, подсчитать не удалось).

Используемая в этой работе линейная модель

Значения полученных для каждого из тестиру-

роста периметра пожара предполагает, что

емых пожаров разностных индексов

fDI при-

известна скорость локализации и технология

ведены соответственно в третьей и четвертой

тушения пожара. Соответственно, для оцен-

графах табл. 2. Как видно из табл. 2, эффектив-

ки эффективности применения той либо иной

ными можно считать меры, которые предпри-

технологии тушения, как отмечается в работе

нимались для тушения пожара № 78 на втором

[3], может рассчитываться разница между ско-

этапе его развития (относительно высокие по-

ростью локализации пожара и скоростью ро-

ложительные значения разностных

индексов

ста периметра пожара после начала принятия

мультистепенной модели). Соответственно, не-

мер по его ликвидации.

эффективными были мероприятия по тушению

Основным недостатком такого подхода яв-

пожаров № 88, №433 и № 1060 (близкие к нулю

ляется то, что в нем используются сведения о

и отрицательные значения разностных индек-

затраченных силах и средствах, предоставляе-

сов). Следует также отметить, что отрицатель-

мые самими службами пожаротушения. В от-

ные значения показателей для пожара №78 на

личие от данного подхода предлагаемая нами

первой стадии его распространения могут го-

методика оценки эффективности проведенных

ворить о том, что в этот период меры по его

мероприятий по тушению совершенно не нуж-

ликвидации не предпринимались. Полученная

дается в каких-либо сведениях предоставляе-

оценка эффективности принятых мер по туше-

мых службами, осуществляющими тушение

нию пожаров является предварительной и нуж-

пожаров.

дается в последующей ее экспертной проверке.

Строительство и введение в эксплуатацию

ностью набора дешифровочных признаков,

в 2006 г. завода по уничтожению химического

создаваемых растительным покровом на кос-

оружия «Марадыковский» в Кировской обла-

мических снимках, по сравнению со многими

сти потребовало создания системы комплекс-

объектами.

ного экологического мониторинга района

Основной задачей нашей работы стал ана-

воздействия данного объекта. Фоновый мони-

лиз растительного покрова в районе уничто-

торинг, то есть обследование района будущего

жения химического оружия до строительства

размещения объекта, проводился на высоком

завода и после ввода объекта в эксплуатацию

уровне. Были выделены ключевые участки, на

с целью воссоздания сценария природно-

которыхисследовалосьсостояниеокружающей

техногенного изменения фитоценозов для объ-

среды по всем основным компонентам, вклю-

ективной оценки современного состояния рас-

чаярастительность.Однаковпроцессевнедре-

тительности на исследуемой территории.

ния программы комплексного экологического

При строительстве объекта уничтожения

мониторинга объекта «Марадыковский» стала

химического оружия «Марадыковский» рас-

очевидна недостаточность точечного мони-

тительный покров изменялся по следующим

торинга растительности, так как при этом не

направлениям:

учитываются сукцессионные изменения рас-

сведение соснового леса под промплощад-

тительного покрова в целом, которые могут

ку объекта;

быть вызваны как естественными, так и антро-

сведение и изменение растительности при

погенными факторами.

планировкеместности:выравниваниерельефа,

С внедрением в практику мониторинга

прокладка автомобильных дорог и так далее;

дистанционных методов становится возмож-

изменение естественной растительности,

ным ретроспективное изучение территории.

посадка синантропных видов при развитии

Например, оценка ретростабильности района

инфраструктуры вокруг предприятия;

становится в последнее время самостоятель-

зарастание пахотных угодий вследствие

ным методом геоэкологии [1]. Сопоставление

изъятия их из землепользования на террито-

космических снимков разных лет позволяет

рии санитарно-защитной зоны объекта [2].

восстанавливать цепь событий различных яв-

Масштаб перечисленных изменений рас-

лений окружающей среды и восполнять недо-

тительного покрова можно определить с по-

статок информации.

мощью анализа космических снимков терри-

Дистанционный мониторинг растительно-

тории исследования до строительства объекта

сти, в том числе и ретроспективный, обладает

и после ввода в эксплуатацию.

безусловным преимуществом и информатив-

Основные этапы исследования:

1) поиск и получение космических сним-

трически идентичных изображений в узких

ков оптимальных масштабов, оптических и

спектральных зонах. В результате получено

пространственных характеристик, сезонности

ложноцветное фотоизображение, которое ото-

и повторности съемок на территории исследо-

бражается на экране по трем спектральным

вания;

каналам. Затем на каждом из снимков (2000

2) визуальное и автоматизированное де-

и 2007 гг.) ограничивали область интересов с

шифрирование полученной информации;

помощью возможностей программы ERDAS

3) анализ изменения площади объектов,

Imagin. Такой областью стала исследуемая на-

выделенных при классификации синтезиро-

митерритория—зоназащитныхмероприятий

ванного снимка территории исследования, и

комплекса объектов хранения и уничтожения

вынесение на основании этого выводов о тен-

химического оружия «Марадыковский».

денциях изменения растительного покрова в

При дальнейшем автоматизированном де-

районе действующего предприятия по уни-

шифрировании был использован мультиспек-

чтожению химического оружия.

тральный анализ преобразованных изображе-

Космические снимки района исследова-

ний. Данный вид классификации изображений

ния были получены с аппарата Landsat ETM,

построен на поиске пикселей аналогичных

их пространственное разрешение 15 и 30 м

эталону и группировке их в классы или кате-

при ширине полосы обзора 185 км. Снимки

гории, основанные на значениях спектрофото-

выполнены в восьми спектральных каналах

метрических характеристик.

(0,45–0,515; 0,525–0,605; 0,63–0,690; 0,75–0,90;

С помощью программы ERDAS Imagine

1,55–1,75; 10,40–12,5; 2,09–2,35; 0,52–0,90 нм).

была проведена автономная классификация,

При синтезировании ложноцветного многозо-

в основе которой лежит кластерный анализ.

нального изображения и последующем авто-

Опытным путем установили, что для терри-

матизированном

дешифрировании информа-

тории исследования оптимальное количество

ции нами использовались только те зональные

классов равняется 10. На основе фактических

снимки, разрешение которых было 30 м. Такие

материалов полученным классам были при-

пространственные и спектральные разреше-

своены атрибутивные значения, которые от-

ния снимков Landsat удовлетворяли требова-

ражены в таблице сигнатур, составленной для

ниям наших задач.

двух снимков (табл.1).

При поиске космической информации был

Т а б л и ц а

1

выбран сезон поздней весны (конец мая). Для

Таблица сигнатур дешифрированных космических

района размещения завода это оптимальное

снимков территории исследования

время: растительный покров полностью

ве-

№

Цвет

Класс объектов

гетирует, злаки не цветут,

не искажая спек-

п/п

1

Поверхность водоемов

тральные

характеристики

растительности.

2

Хвойные леса

Повторность съемки также

была подобрана

3

Хвойные леса с примесью лиственных пород

оптимальная: дата снимка 2000 г. — 23 мая, в

4

Смешанные леса

2007 г. — 27 мая.

5

Мелколесье

Синтезирование зональных снимков, огра-

6

Заросли кустарника

ничение области интересов, дешифрирование

7

Заливные луга и заболоченные территории

многозонального изображения области

ин-

8

Суходольные луга

тересов (территория исследования) проводи-

9

Пашни

лось с помощью программы ERDAS Imagine.

10

Земли без растительности

Данный продукт является наиболее совершен-

ным для подобной обработки растровых изо-

Выделенные классы (рис. 1) включают в

бражений [3, 4].

себя следующие объекты:

Первичная

обработка

информации

за-

поверхность

водоемов: река Вятка,

её

ключалась

в синтезировании шести геоме-

заросли кустарника: невысокие древесные

растения различной видовой принадлежности,

которые относятся к жизненной форме «кустар-

а

ники». Обрамляют зарастающие пашни и луга;

заливные луга и заболоченные террито-

рии: комплекс травянистой растительности,

приуроченный в основном к пойме р. Вятка;

суходольные луга: представлены травяни-

стой растительностью, доминируют злаки;

пашни: сельскохозяйственные угодья, ис-

пользуемые для

выращивания различных

культур;

земли без растительности: поля под па-

ром, песчаные отмели р. Вятка, пространства

под ЛЭП.

б

Для каждого класса объектов опреде-

Рис. 1. Результаты автоматизированного

лена суммарная

площадь, занимаемая им

дешифрирования космического снимка

в зоне защитных мероприятий объекта

территории исследования по состоянию на:

«Марадыковский» (табл. 2). Снимок 2007 г.

а — 2000 г. (до строительства объекта «Марадыковский»);

имеет дефект изображения в виде параллель-

б — 2007 г. (после ввода в эксплуатацию объекта

ных друг другу полос, поэтому общая клас-

«Марадыковский»)

сифицированная площадь территории иссле-

притоки и многочисленные старицы, пруд в

дования по состоянию на 2007 г. меньше по

сравнению с 2000 г. на 5,75 км2.

п.  Мирный, затопленные участки торфоразра-

боток;

Т а б л и ц а 2

хвойные леса: лесные массивы, древостой

Площадь классифицированных объектов

которых представлен преимущественно со-

на территории исследования до и после

строительства объекта «Марадыковский»

К Крайнему Северу относятся территории,

определенные или неопределенные границы,

расположенные севернее освоенных, обжи-

отображение содержания информации об из-

тых районов России, отличающиеся суровыми

менениях объектов на фотоплане или на топо-

природными условиями, не позволяющими

графической основе, а также классификация

широко развивать земледелие, малонаселен-

изменений и создание базы данных об измене-

ные, удаленные от железнодорожной сети.

ниях объектов.

Промышленное освоение и развитие населен-

Основные задачи топографического мони-

ных пунктов приурочено, в основном, к круп-

торинга — разработка современной компью-

ным месторождениям полезных ископаемых.

терной технологии

получения

оперативной

Крайний Север занимает арктические пус-

информации об изменениях объектов по ма-

тыни, тундры, лесотундру, частично северную

териалам ДЗ, установление их качественных

тайгу и отличается неустойчивостью экологи-

и количественных показателей, разработка

ческих систем под влиянием антропогенной

принципов районирования территории с уче-

нагрузки. Природные процессы, явления и

том характера и интенсивности изменений.

объекты, характерные для Крайнего Севера,

В качестве одного из типовых топографи-

развивавшиеся ранее в естественных услови-

ческих полигонов для отработки методики

ях, при взаимодействии с инженерными соо-

и технологической

схемы аэрокосмического

ружениями интенсивно изменяются (преобра-

топографического

мониторинга

территорий

зуются, уничтожаются).

Крайнего Севера может быть рассмотрен по-

Воздействие на тундровые и лесотундро-

луостров Ямал.

вые ландшафты Крайнего Севера продолжает-

Типовой топографический полигон (ТТП)

ся и приводит к преобразованию топографии

в пределах северных территорий — это уча-

земной поверхности.

сток земной поверхности, ограниченный опре-

Оперативную информацию о состоянии,

деленными (береговая линия) или условными

изменении природных и антропогенных объ-

(граница природной зоны или подзоны) при-

ектов, о развитии их взаимодействия и его по-

родными границами, изображенный на топо-

следствиях позволяет получить аэрокосмиче-

графических картах, аэрокосмических сним-

ский топографический мониторинг.

ках, в пределах которого:

Топографическиймониторинг(поматериа-

закономерно развиваются и

изменяются

лам дистанционного зондирования) – совокуп-

компоненты ландшафта;

ность приемов периодических или непрерыв-

хозяйственная деятельность носит локали-

ных наблюдений за изменениями природных

зованный («очаговый», «линейный» или «то-

или антропогенных объектов, расположенных

чечный») характер по причине суровых кли-

на участках земной поверхности, имеющих

матических условий или труднодоступности

(льды, многолетняя мерзлота, болота).

ческий полигон:

Кроме того, территория ТТП перспективна

разновременные топографические карты

в экономическом отношении и представляет

м-ба 1:100000;

интерес для научных тематических исследо-

космические снимки м-ов 1:1000000,

ваний (в том числе экологических).

1:200000;

Открытие и разработка новых месторож-

карты природного (или ландшафтного)

дений природного газа на п-ве Ямал, строи-

районирования;

тельство трубопроводов, железной дороги,

разновременные аэрофотоснимки, исполь-

жилых и технических сооружений осущест-

зованные для создания топографических карт

вляется в рамках мегапроекта «Ямал». Осенью

м-ба 1:100000 и крупнее.

2010 г. состоялся торжественный запуск раз-

По топографическим картам выявляются

работки нового Юрхаровского месторожде-

площади распространения характерных при-

ния, которое соединяется трубопроводом с

родных объектов, закономерности их взаим-

Пуровским заводом по переработке газокон-

ного расположения и сочетания в пределах

денсата. Месторождение позволит обеспечить

отдельных участков, а также особенности и

10% внутреннего потребления газа в стране.

недостатки их изображения на карте.

Планируется запуск Бованенковского место-

На космических снимках по различию в

рождения.

рисунке изображения (наличию точек, пятен,

Одним из главных этапов технологической

линий, полос разной протяженности, конфи-

схемы аэрокосмического мониторинга являет-

гурации, ориентированности, их сочетаний),

ся географически обоснованное дешифрирова-

а также в гамме оттенков тонов черно-белого

ние изменений топографических объектов на

изображения прослеживаются разные типы

снимках. Объективные и достоверные резуль-

районов. Как известно, рисунок фотоизобра-

таты дешифрирования могут быть обеспечены

жения отражает генетические особенности

предварительным географическим анализом

природно-территориальных комплексов, яв-

особенностей хода развития, тенденции изме-

ляется индикатором развития взаимодейству-

нений взаимосвязей компонентов природной

ющих природных процессов, изменяющих

среды (в данном случае северных территорий)

земную поверхность, и сочетания природных

до освоения месторождений и на современном

объектов.

этапе. Такой анализ дает возможность систе-

Карты природного (или ландшафтного)

матизировать информацию, полученную с ис-

районирования содержат информацию о ком-

ходных материалов (разновременных снимков

понентах и границах генетически однород-

и топографических карт), делать прогнозы о

ных природно-территориальных комплексов

периодичности

мониторинга,

обеспечивать

(ландшафтов) с разной динамикой природных

выбор эталонов изображений изменений объ-

процессов и явлений.

ектов с описанием их дешифровочных призна-

Внешние компоненты ландшафтов (ре-

ков, а также исключить формальный подход к

льеф, гидрография, растительность, грунты)

выбору сочетаний условных обозначений для

изображаются на аэрокосмических снимках и

отображения современной ситуации.

дешифрируются по прямым дешифровочным

Предварительный географический ана-

признакам (форма, размер, тон, тень) и ком-

лиз позволяет

определить предшествующие

плексным (структура, текстура, рисунок). При

и будущие пути развития природных объек-

этом аналогичные по происхождению природ-

тов, процессов и явлений во времени и про-

ные объекты могут иметь различные дешиф-

странстве, учитывать скорости, масштабы и

ровочные признаки, в зависимости от тенден-

направления изменений, выявлять их законо-

ции развития.

мерности, устанавливать площади, на которых

Методика анализа разновременных сним-

протекают однозначные или

разнозначные

ков основана на подробном знании географи-

процессы за определенные промежутки вре-

ческих закономерностей развития объектов

мени. Для анализа могут быть использованы

в конкретных природных условиях, а так же

следующие материалы на типовой топографи-

особенностей фотоизображения этих законо-