- фотографическую аэросъемку (аэрофотосъемку);
- телевизионную аэросъемку;
- тепловую аэросъемку;
- радиолокационную аэросъемку; и
- многозональную аэросъемку.
Получаемые в результате аэроснимки (аэрофотоснимки) могут быть:
- плановыми, если ось снимающего аппарата располагалась отвесно; или
- перспективными, если ось снимающего аппарата располагалась наклонно.
В зависимости от высоты съемки и применяемой аппаратуры снимки имеют разные масштаб, подробность и обзорность.
Дистанционные наблюдения с космических и воздушных летательных аппаратов могут осуществляться как путем проведения различных видов съемок в оптическом и радиодиапазонах, так и путем визуальных (инструментально-визуальных) наблюдений. На текущем этапе аэровизуальные наблюдения наиболее широко применяются при охране лесов от пожаров для патрулирования территории с целью выявления (обнаружения) лесных пожаров и наблюдения за их динамикой (1.4 и 1.5). В 40-70-х годах они успешно использовались для таксации таежных лесов, оценки их состояния. Чтобы обеспечить эффективное функционирование мониторинга лесов, нужен комплекс данных дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли, существенно различающихся по пространственному разрешению, спектральным каналам, оперативности съемки и доставки съемочной информации потребителям.
По пространственному разрешению вся информация дистанционного зондирования, рекомендуемая для использования в мониторинге лесов, условно делится на четыре группы:
-обзорная космическая информация оптического диапазона с низким пространственным разрешением (R) около 1000 м, получаемая с искусственных спутников Земли NOAA (радиометр AVHRR), Метеор-ЗМ, Океан (1.1-1.3, 1.7, 7.1), а также в радиодиапазоне пассивными средствами съемки (СВЧ-радиометрами, R -до 10 км) (1.2, 1.3);
-космические изображения среднего R (100-200 м), полученные в оптическом диапазоне - ИСЭ типа Ресурс-01 и Океан (аналог МСУ-СК - с тепловыми каналами в интервале 2-5 мкм), MODIS (1.1-1.5, 7.1);
-космические изображения оптического и радиодиапазонов с высоким R (10-20 (30) м) - ИСЗ типа SPOT, Landsat-7, Ресурс-01 (МСУ-В), Ресурс-Ф;
-космические или аэроизображения оптического и радиодиапазонов сверхвысокого R (1-5 м) - ИСЗ типа Ikonos, КВР, аэроснимки.
Определены примерные площади и периодичность наблюдений при решении различных задач мониторинга, в том числе с применением ДДЗ. Суммарная площадь ежегодных съемок лесного фонда и лесов, не входящих в него, достигает 714 793 млн. га, в том числе низкого R - 353700, среднего - 360000, высокого - 1000 и сверхвысокого - 93 млн. га.
Однако нужно учитывать, что для решения большинства задач ежегодные объемы космических съемок относительно невелики и должны проводиться с однократной (1.6, 2.2-6.2, 7.2-7.6, 8.1-8.4), реже двукратной (2.1) и пятикратной повторностями (1.1, 7.1) в течение года (вегетационного сезона). Лишь для первой группы задач ("Охрана лесов от пожаров", кроме 1.6.) необходима широкообзорная (R 100-1000 м) съемка с многократной повторностью в течение пожароопасного сезона, причем для 1.2- 1.5 съемку следует осуществлять ежедневно два-три раза, а для 1.7 - один раз. Съемка аппаратурой высокого разрешения осуществляется выборочно (очагов горения или площадей гарей) при нахождении пожара в зоне обзора спутника. Периодичность съемок заданных территорий в целях контроля состояния лесов - один-три раза в год, для учета текущих изменений, инвентаризации лесов и тематического картографирования - от 1 до 5-10 лет и более.
При определении объема ежедневной (в весенне-летне-осенний период) и ежегодной потребности в съемочной информации с космических и авиационных носителей при расчетах нужно учитывать, что одни и те же съемочные материалы могут быть и должны использоваться параллельно для решения нескольких задач. По степени оперативности доставки потребителям данных дистанционного зондирования лесов всю передаваемую и обрабатываемую информацию можно разделить на три группы: близкую к реальному масштабу времени, преимущественно это задачи охраны лесов от пожаров (1.2-1.5, 1.7); со сроком доставки информации до нескольких (1-10) суток (2.1, 2.2, 7.1) и в течение одного месяца и более и все остальные задачи, не связанные с быстро меняющейся обстановкой.
Обобщенные требования к космическим съемкам лесов. Большая площадь лесного фонда, лесов, древесной и кустарниковой растительности, не входящих в лесной фонд, их труднодоступность и необходимость проведения мониторинга на значительных территориях с неодинаковыми характеристиками лесных экосистем, требуют привлечения к решению комплекса перечисленных выше задач различных современных и перспективных дистанционных средств и методов.
Основным спектральным диапазоном наблюдений для большинства задач будет оптический, его видимая и ближняя ИК-части (0, 5-0, 6, 0, 6-0, 7, 0, 7-0, 8, 0, 8-0, 9 мкм). Однако ряд задач, прежде всего входящих в группу "Охрана лесов от пожаров", требует получения информации в дополнение к выше названной также в ближней видимой зоне спектра (0, 4--0, 5 мкм), средней (2, 1-2, 4, 3, 5-4, 1 мкм) и дальней ИК-зонах (10, 3-11, 3, 11, 4- 12, 4 мкм) электромагнитного спектра и радиодиапазоне. В радиодиапазоне необходимо проведение съемок как пассивными средствами (микроволновая съемка), так и активными - радиолокационными системами. Для наблюдений за территориями, загрязненными радионуклидами, требуются аэрогаммасъемки.
Достоверность интерпретации данных дистанционных съемок для решения некоторых задач, прежде всего входящих во вторую группу (контроль за санитарно-лесопатологическим состоянием лесов и их техногенным загрязнением), может быть повышена за счет съемок с помощью многоканальных видеоспектрометров в узких спектральных диапазонах (470 нм, 555, 659, 865, 1240, 1640 и 2130 нм).
Аэрокосмические съемки должны проводиться в весенний, летний или осенний сезоны, преимущественно в вегетационный период. Зимняя съемка при наличии снежного покрова может в виде исключения применяться как дополнение к съемкам в бесснежный период. Цель ее - подчеркнуть контраст отдельных лесных формаций (елово-сосновых и кедровых лесов) и некоторых других объектов.
Фенофазы (сход снежного покрова, начало зеленения лесов, ход зеленой и коричневой волны) зависят от многих климатических факторов, и длительность их в разные годы может варьировать от нескольких дней до нескольких недель. В то же время съемки, особенно в "пограничное" между фенофазами время, существенно влияют на результативность дешифрирования съемочных материалов. Поэтому в задачу мониторинга должны входить и наблюдения за фенологическим состоянием лесов с целью выбора оптимального времени съемки, которые могут осуществляться по изображениям, получаемым с космических аппаратов типа NOAA (AVHRR), SPOT (Vegetation), Метеор-ЗМ, Океан. Данные о наступлении фенофаз окажутся полезными также при определении начала и конца пожароопасного сезона, планировании некоторых лесохозяйственных мероприятий (лесовосстановление, лесозаготовки, рубки ухода) с учетом экологических требований и необходимости создания условий для размножения животных и гнездования птиц, при установлении времени возможного движения транспортных средств по лесным дорогам. Штатным режимом съемки должна быть съемка в надир. В отдельных случаях (при согласовании с потребителем) возможна съемка с наклоном оптической оси до 18-24ш, в горных условиях - не больше 10ш.
Лесной фонд России расположен в пределах 42-72ш с.ш. Поэтому орбиты космических аппаратов, с которых осуществляется съемка, должны быть близки к субполярным. При наклоне орбиты менее 52ш, как это было, например, у пилотируемых космических аппаратов, в зоне обзора съемочной аппаратуры (при съемке в надир) находится лишь незначительная часть лесных массивов южных районов страны.
Поскольку на структуру изображений лесов и их яркостные характеристики существенно влияют тени деревьев, то изображения, полученные при съемке в ранние утренние и поздние вечерние часы при небольшой высоте солнца, существенно уступают по своим дешифровочным характеристикам изображениям, полученным при высоких углах падения солнечных лучей. Поэтому высота солнца при съемке (особенно это относится к горным лесам) должна быть не менее 20-25ш.
Целям космических съемок земной поверхности в видимой и ближней ИК-зонах спектра в наибольшей степени соответствует нахождение космических аппаратов на солнечно-синхронной орбите, один из узлов которой располагается над точкой с местным временем 10-11 ч.Поскольку в этом случае орбита сохраняет приблизительно постоянную ориентацию по отношению к солнцу, то и условия освещенности достаточно постоянны. Для охраны лесов от пожаров (1.4-1.5) могут оказаться полезными наблюдения с ИСЗ, запущенных на геостационарную орбиту, что дает возможность практически постоянно наблюдать за охраняемой территорией. Характер лесного покрова тесно связан с геоморфологией местности. Поэтому при дешифрировании широко используются ландшафтные признаки, особенности рельефа, что обусловливает необходимость проведения съемок с перекрытиями, обеспечивающими получение стереоскопической модели местности. По стереоизображениям высокого разрешения возможна также более надежная классификация лесов с учетом их высоты, одного из важнейших таксационных показателей. Съемку из космоса в оптическом диапазоне следует проводить преимущественно в безоблачную погоду или при облачности, не превышающей 10 % (в радиодиапазоне при любой погоде и в любое время суток). Обзорные съемки (низкого пространственного разрешения) в интересах охраны лесов от пожаров необходимо выполнять независимо от наличия облачности. Информация, полученная в процессе съемок, должна поступать потребителям после межотраслевой обработки, включающей геометрическую и фотометрическую коррекции. По ней с необходимой точностью должна осуществляться топографическая привязка объектов наблюдения или определяться площадь изучаемых объектов. [2]