Лес — это важный компонент, поддерживающий жизнь на планете. Треть всей земной поверхности покрыто лесами. Они очищают воздух, которым мы дышим, фильтруют воду, которую мы пьем, предотвращают эрозию и действуют как буфер против изменения климата. Леса играют жизненно важную роль в поддержании экологического баланса Земли и здоровья окружающей среды. Чистота воздуха, качество водных ресурсов и рекреационный потенциал зависят от наличия и количества растительности. Леса являются домом для большей части растений и животных и обеспечивают человеку необходимые ресурсы для выживания.
Россия занимает первое место в мире по площади лесов, около 46,6% территории покрыто разнообразными лесными формациями.
И, кроме того, лес, все еще, является не только «легкими Земли», но и сырьем с широкой номенклатурой товара на мировом рынке.
Спектр первичной и вторичной продукции из древесины и бумаги достаточно широк. Он включает в себя: древесину, кору и пробку, древесный уголь, которые получаются в результате первичной обработки древесины, а также материалы, получаемые в результате дальнейшей обработки (например, древесные плиты, мебель, бумага и картон).
Мировой рынок лесного хозяйства и лесозаготовок достиг стоимости почти 535,96 млрд долларов в 2020 году, увеличившись с совокупным годовым темпом роста (CAGR) на 0,8% с 2015 года. Ожидается, что этот рынок вырастет с 535,96 млрд долларов в 2020 году до 726,51 млрд долларов в 2025 году.
В целом же, лесная отрасль превысила стоимость в 1 триллион долларов США.
Ежегодно мировое лесное хозяйство переживает огромные потери из-за пожаров, незаконной вырубки, неэффективного использования леса. Процесс восстановления запасов древесины сложный и долговременный.
Вырубка лесов является наиболее значимой проблемой, причиной этому служит растущий спрос на лесную и сельскохозяйственную продукцию. В большей степени уничтожению подвергаются леса Амазонки, Борнео и Суматры, бассейна реки Конго и Дальнего Востока. Так в 2020 году, например, тропики потеряли более 12 миллионов гектаров древесного покрова.
В связи с сильным антропогенным воздействием изменения лесного покрова являются предметом глобальной озабоченности, поэтому огромные денежные средства были вложены в разработку технологий для точного мониторинга и оценки текущего состояния лесов в разных пространственных масштабах для разработки систем раннего предупреждения.
Сегодня оценка огромного лесного хозяйства Земли просто реально невозможна без дистанционного зондирования
Какие задачи решает ДЗЗ в лесном хозяйстве
Дистанционное зондирование особенно важно в лесном вопросе, поскольку оно объединяет множество инструментов для лучшего анализа состояния лесов.
За последние несколько десятилетий глобальные и региональные временные данные дистанционного зондирования стали доступны для мониторинга изменений лесного покрова; поддержка инвентаризации лесов; более пристальное внимание к экофизиологии, биофизике и биохимии лесов.
Поэтому дистанционное зондирование способно решать следующие лесные задачи:
- Картирование лесного хозяйства. Цифровые матрицы высот
- Геолокализация и картографирование событий и ориентиров в лесных массивах;
- Дистанционные методы измерения биофизических параметров растительности;
- Методы получения биофизических (например, индекс площади листвы, фракционный растительный покров и высота растений) и биохимических (например, содержание хлорофилла листьев/полога и содержание воды и влаги в земле) характеристик растительного покрова;
- Методы оценки состояния лесного полога (например, нарушение, деградация и отрастание леса).
- Раннее выявление стресса.
- Усвоение биофизических параметров, полученных с помощью дистанционного зондирования, для применения в лесном хозяйстве и управлении лесным хозяйством;
- Выявление и контролирование вырубки леса во всех регионах страны;
- Статистика и распределение леса по возрасту, запасу, высоте, весу и биологической продуктивности;
- Классификация, выявление и сегментация растительного покрова;
- Анализ данных в режиме реального времени для раннего обнаружения и прогнозирования развития лесных пожаров. Космические аппараты ДЗЗ Planet, Maxar и другие, позволяют нам наблюдать каждое наземное место на поверхности Земли с уменьшением времени повторного посещения. Кроме того, благодаря постоянно растущей вычислительной мощности и постоянным обновлениям алгоритмов машинного обучения появилось множество новых приложений дистанционного зондирования в исследованиях и управлении пожарами;
- Изучение местности и природных условий, в которых находятся представители лесного хозяйства.
Рис. Картирование лесных участков
Рис. Цифровые матрицы высот лесных участков
Новые направления исследований лесного хозяйства методами ДЗЗ:
- 3D реконструкция лесной среды с аэрофотосъемкой, видео, LiDAR, Radar. Извлечение и моделирование вертикального профиля/трехмерной (3D) структуры растительности. Оценка атрибутов на уровне дерева и трехмерный (3D) анализ структуры навеса;
- Объединение крупномасштабных спутниковых данных с высокой задержкой с мелкомасштабными аэроданными с малой задержкой;
- Алгоритмы глубокого обучения для обнаружения обезлесения;
- Применение мультиспектральных и гиперспектральных спутниковых изображений для обнаружения обезлесения;
- Наборы данных о распространении и эволюции глобального или регионального обезлесения;
- Интеллектуальные методы маркировки для обнаружения и сегментации обезлесения;
- Анализ климатических эффектов, связанных с вырубкой лесов, на основе дистанционного зондирования;
- Прогнозы будущих изменений обезлесения в результате действий по углеродной нейтральности;
- Новые методы и концепции количественной оценки лесной биомассы;
- Сочетание дополнительных методов визуализации радиолокационной съемки (томография, поляриметрия, интерферометрия) для определения новых подходов, концепций и приложений для картирования и мониторинга лесов;
- Совместное использование многочастотных изображений SAR для лесных приложений;
- Сравнительные и сравнительные исследования с использованием различных датчиков и/или методов обработки для лесного хозяйства;
- Возможности методов поиска информации о лесах на основе искусственного интеллекта;
- Квалификация влияния структуры растительности на сигналы дистанционного зондирования (например, индуцированное солнцем излучение флуоресценции хлорофилла, баланс излучения и функция распределения двунаправленной отражательной способности);
- Разработка новой оперативной продукции о структуре растительности или оценка неопределенности в текущей продукции.
Рис. Мозаика стресса деревьев с БПЛА
Рис. Обстановка состояния лесного участка и окружающей обстановки