Отдел дистанционных наблюдений и геоинформационных систем

- Предыстория
- Основные задачи отдела
- Функции отдела
- Научные публикации Филиала с участием специалистов ОДНиГИС (2012–2018)
______________________________________________________________________

Предыстория

Отдел выделен в качестве самостоятельного подразделения филиала ФБУ «Рослесозащита» – «ЦЗЛ Краснодарского края» приказом ФБУ «Рослесозащита» от 25.04.2016 №108 к-ф. Исследования по разработке и внедрению методов дистанционных наблюдений в мониторинговые программы Филиала ведутся с 2010 года – с первой попытки камеральной оценки огромной площади очагов дефолиации лесов Краснодарского края шелкопрядом непарным (на пике вспышки его массового размножения), инициированной А. Бобринским и А. Крыловым (некогда трудившимися в ФБУ «Рослесозащита»).

Специалисты ФБУ «Рослесозащита», участвовавшие в первой полевой верификации результатов дистанционного распознавания очагов дефолиации лесов шелкопрядом непарным. Крымское лесничество, 21.06.2010

Использование данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в лесном хозяйстве Краснодарского края, в том числе в рамках ГЛПМ, быстро выявило ряд объективных трудностей, осложняющих интерпретацию таких материалов.

Один из первых практических примеров применения материалов дистанционного зондирования Земли в лесопатологическом мониторинге на территории Краснодарского края (подготовлено А. Крыловым при участии специалистов Филиала)

Во-первых, развитие очагов массового размножения основных насекомых-филлофагов лиственных лесов, преобладающих на Северо-Западном Кавказе, протекает в апреле – мае. Листовые пластинки, в первую очередь дуба (коего здесь произрастает 5–7 аборигенных видов), не успевают сформироваться к моменту пика дефолиации, создавая иллюзию поврежденных лесов до самого повреждения и одновременно с ним.

Во-вторых, фенологически развитие этого комплекса фитофагов (именуемого «весенним») приходится на дождливый сезон, что заметно сокращает период для получения качественных космических снимков местности, на которых могла бы основываться оценка площади дефолиации, при том, что само развитие этой группы вредителей протекает очень быстро – на формирующихся листьях.

В-третьих, горный ландшафт (вкупе с влиянием двух морей) формирует уникальное разнообразие растительного покрова и асинхронность разных фаз вегетации того же дуба на близких территориях с разным мезоклиматом (например, разных склонах). На практике это приводит к тому, что на одном космоснимке (выполненном в начале мая) фиксируется сложная мозаика из очагов дефолиации, участков лесов с запаздывающим формированием листьев и участков отрастания вторичной листвы после завершения личиночного развития насекомых-филлофагов.

В-четвертых, скорость отрастания листьев в регионе такова, что к середине – концу июня (в зависимости от влажности сезона и степени дефолиации) повреждения почти скрываются новым приростом, что также сокращает период получения качественных космоснимков местности.

В 2015 году в регион проник новый чужеродный карантинный вредный организм (кружевница дубовая), с июля 2016 года полностью изменивший нормальный сезонный облик дубрав и лесов с участием дуба на площади более 700 тыс. га. Являясь поливольтинным сосальщиком-полифагом, этот клоп формирует очаги хлороза листьев дуба, интенсивность которого нарастает с мая по октябрь (до начала сезонной дехромации). Особенности биологии кружевницы дубовой сделали её прекрасным модельным объектом для отработки методик дистанционного лесопатологического мониторинга на Северо-Западном Кавказе. И это одна из практических задач, успешно решаемая ОДНиГИС с 2016 года.

Расширяющиеся очаги хлороза (дехромации) дуба в инвазионном ареале кружевницы дубовой – основной объект дистанционного мониторинга в лесах Северо-Западного Кавказа с 2016 года

В-пятых, массовое заселение лесов Краснодарского края этим вредителем резко сократило набор «чистых», с неповреждёнными кронами деревьев, лесных массивов, мультиспектральные космоснимки высокого разрешения которых распространяются свободно. Это, фактически, лишает дистанционные наблюдения в Краснодарском крае и Адыгее обязательного в каждом эксперименте «контроля» – крупных дубрав, свободных от признаков патологической вегетации весь сезон.

Все 5 названных «трудностей» побуждают Филиал к постоянным полевым проверкам результатов камеральных работ, что существенно снижает эффективность ГЛПМ в целом.

Однако, уже имеющаяся практика применения материалов ДЗЗ, помноженная на учёт фенологии растений-эдификаторов и знание сезонных циклов развития массовых фитофагов (из числа Insecta), позволила сформировать список вредных организмов, очаги которых на Северо-Западном Кавказе можно выявлять и описывать камерально по материалам ДЗЗ:

Tortrix viridana Linnaeus, 1758 и сопутствующие виды Tortricidae весеннего комплекса на дубе;

Operophtera brumata (Linnaeus, 1758) и сопутствующие виды Geometridae весеннего комплекса;

Gelechia senticetella (Staudinger, 1859) на можжевельниках;

Orthosia sordescens Hreblay, 1993 и экологически близкие виды Noctuidae весеннего комплекса;

Lymantria dispar (Linnaeus, 1758) в лиственных лесах и лесных культурах сосны на Черноморском побережье;

Altica quercetorum Foudras, 1860 в дубравах;

Corythucha arcuata (Say, 1832) в дубравах;

Tomostethus nigritus (Fabricius, 1804) и Eupareophora exarmata (Thomson, 1871) в ясеневниках поймы реки Кубань и нижнего течения её левобережных притоков;

Microsphaera alphitoides Griff. et Maubl. на дубе.

Мозаика смешанных древостоев дуба скального, граба обыкновенного, бука восточного, ясеня обыкновенного и ольхи чёрной, дефолиированных шелкопрядом непарным с разной интенсивностью. Михайловское лесничество, 21.06.2010

Разработкой частных методик дистанционного мониторинга подобных объектов для службы защиты леса в государственных лесах ОДНиГИС занимается совместно с другими подразделениями Филиала, в том числе, верифицирующими результаты камеральных работ натурно.

Привлечение дополнительных данных в эту сферу ГЛПМ (о высоте местности, её климатических характеристиках) и векторизованные материалы лесоустройства в совокупности с математическими методами их обработки дают поразительные результаты. Это подтверждают материалы открытых научных конференций, посвящённых проблемам обработки данных ДЗЗ. Однако без целевого финансирования источники такой информации Филиалу недоступны. Решение кратко перечисленных выше региональных трудностей практического применения данных ДЛПМ ведётся Филиалом по мере сил и средств.

Основные задачи отдела

1. Обеспечение выявления изменений состояния лесной растительности в зоне обслуживания Филиала с использованием методов обработки данных дистанционного зондирования Земли.

Изменение распределения NDVI за вегетационный период на модельной территории (окрестности ст. Эриванской)

2. Развитие, модернизация и оптимизация информационных (в том числе геоинформационных) систем Филиала.

RGB	2017-2015	2018-2015

Модельная территория в Кавказском государственном природном биосферном заповеднике. Результат обработки спутниковых данных с наложением на рельеф SRTM-250м.
(RGB – полноцветное изображение, 2017–2015 – изменение NDVI в 2017 году по отношению к 2015, 2018–2015 – изменение NDVI в 2018 году по отношению к 2015)

3. Обеспечение единого информационного поля ГЛПМ и ГМВЛ в Филиале с возможностью интеграции в него данных из любых источников и визуализацией результатов на планах лесонасаждений.

4. Обеспечение процессов получения, хранения, обработки и передачи данных Филиала.

Функции отдела

1. Участие в государственной инвентаризации лесов в форме организации дистанционных наблюдений лесов зоны обслуживания Филиала.

2. Камеральное выявление поврежденных (в том числе вредными организмами) лесных участков по результатам дешифрирования материалов дистанционного зондирования Земли в зоне обслуживания Филиала.

Динамика среднего значения вегетационного индекса для локальной территории
(не менее 100 лесных кварталов)

3. Создание тематических карт для лесного хозяйства и экологического мониторинга на базе доступных топографо-геодезических, картографических материалов, данных аэрокосмических средств наблюдения с использованием результатов профильной деятельности Филиала.

Изменение состояния покрытых лесом земель ООПТ ГПЗ «Утриш» в 2017-2018 годах

4. Оптимизация методов обработки материалов ДЗЗ с учётом особенностей климата, рельефа и растительного покрова региона.

Уникальное биологическое разнообразие лесных сообществ региона делает большую часть методик, актуальных для средней полосы России, малопригодной для мониторинга лиственных лесов Западного Кавказа. Методическое обеспечение некоторых работ Филиала развивается на энтузиазме сотрудников, без должного финансирования из положенных источников. Тем не менее, удаётся воплощать собственные наработки в сфере дистанционных наблюдений в прикладных проектах, зачастую задавая тренд в отдельных областях профильной деятельности Учреждения. Главным результатом дистанционного мониторинга является отслеживание пространственной динамики очагов кружевницы дубовой и интенсивности хлороза дубрав, без информации о которых теперь невозможно представить прогнозирование лесопатологической обстановки в регионе.

5. Создание тематических векторных карт-схем очагов вредных лесных организмов, повреждённых и погибших лесов, растительного покрова и иных тематических схем с использованием геоинформационных технологий, результатов обработки данных дистанционного зондирования Земли и оригинальных данных экологического мониторинга, а не только его лесопатологической составляющей.

Зона ветровала лесов на границе Краснодарского края и Карачаево-Черкесской Республики, распознанная камерально в 2017 году

6. Участие в разработке и сопровождении профильных информационных баз данных Филиала.

Разработка новых методик неизменно влечёт применение/создание новых инструментов и использование нового программного обеспечения. Филиал сотрудничает с производителями ПО, используя их продукты для решения задач ГЛПМ, зачастую разрабатывая недостающие модули собственными силами.

7. Разработка, сопровождение, эксплуатация, модернизация цифровых информационных ресурсов/порталов Филиала, в том числе, размещаемых в сети Internet.

Так, настоящий сайт Филиала czl23.ru, работающий с 26.08.2010, создан по инициативе его сотрудников для информирования и просвещения населения, лесопользователей и свободного обмена оригинальными данными со специалистами в области биологии лесов, лесной энтомологии, фитопатологии и охраны окружающей среды. Содержится за счёт собственных средств Филиала.

Электронные ресурсы Филиала, функционирование которых, в том числе, технически обеспечивает ОДНиГИС

В настоящее время размер этого сайта с оптимизированными для web изображениями и презентациями достиг 5,6 Гб. Его основными структурными элементами, постоянно пополняющимися и обновляемыми, являются:

Фотокаталог – 5837 систематизированных, аннотированных уникальных файлов общим объёмом 1,5 Гб;

Презентации специалистов Филиала – 21 файл общим объёмом 140 Мб;

Новостной блок – более 330 пресс-релизов, включающих не менее 2232 оригинальных фотографий на актуальные и вечные для службы защиты леса темы с непременной региональной спецификой таковых.

Среднее количество «уникальных посещений» сайта в 2018 год достигло 2761 в месяц.

Одновременно с этим ОДНиГИС сопровождает раздел портала ФБУ «Рослесозащита» krasnodar.rcfh.ru, который, являясь официальным сайтом регионального подразделения Учреждения, из-за ряда технических ограничений не в состоянии разместить всю информацию, генерируемую Филиалом и имеющую значение именно на Северном Кавказе.

С недавних пор Филиалом создан канал на видеохостинге YouTube, на котором по мере надобности публикуются короткие видео ролики, направленные, как и Фотокатолог сайта, на освещение и пропаганду некоторых видов деятельности Учреждения.

8. Подготовка профильных разделов ежегодного Доклада о деятельности филиала ФБУ «Рослесозащита» – «ЦЗЛ Краснодарского края».

9. Сопровождение офисной ИТ-инфраструктуры, поддержание работоспособности оргтехники, прочего электронного стационарного и мобильного оборудования Филиала.

10. Организация закупок специального оборудования, комплектующих и расходных материалов для нужд Филиала.

11. Разработка, совершенствование и внедрение средств автономного ориентирования сотрудников в горнолесной местности с сохранением их доступа к информационным ресурсам Филиала.

12. Создание тематических карт-схем в рамках ПДД Филиала.

13. Участие в организации натурных тренировок специалистов Филиала и Учреждения.

14. Участие в научных конференциях по тематике профильной деятельности отдела.

15. Участие в рекламных, консультативных, образовательных и иных публичных акциях Филиала.

Филиал полагает, что правильными знаниями и конструктивными навыками делиться полезно! Это даёт обществу возможность развиваться и совершенствоваться. Значительная часть информации по итогам деятельности всех подразделений излагается в форме презентаций докладов на сайте в разделе «<Услуги> -> <не коммерческие>». Технически это также осуществляет ОДНиГИС.

16. Освещение деятельности отдела в сети Internet.

Филиал рассматривает собственные достижения, как возможность непрерывного самосовершенствования.

В настоящее время ведётся разработка методики полуавтоматического подсчёта яйцекладок Corythucha arcuata с применением машинного/компьютерного зрения, основанного на использовании кластерного анализа фотоизображений.

Изображение яйцекладки кружевницы дубовой на разных этапах обработки для учёта количества яиц

Научные публикации Филиала с участием специалистов ОДНиГИС (2012–2018)

Скворцов М.М., Щуров В.И., Бондаренко А.С., Семёнов А.В. Использование материалов дистанционного зондирования Земли для мониторинга очагов массового размножения дендрофильных насекомых на Северо-Западном Кавказе // Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (19-22 октября 2017). Часть 1. Майкоп: Из-во АГУ, 2017. С. 79–86.

Щуров В.И., Замотайлов А.С., Мнацеканов Р.А., Скворцов М.М. Организация мониторинга объектов Красной книги Краснодарского края, визуализация и практическое применение его результатов / Результаты мониторинга видов растений, животных и грибов, занесенных в Красную книгу Краснодарского края (2007–2011) / Адм. Краснодар. края; отв. ред. В.И. Щуров; научн. ред. А.С. Замотайлов, В.И. Щуров, Р.А. Мнацеканов. – Ижевск: Издательский дом «Университет», 2012. С. 39–43.

Щуров В.И., Кучмистая Е.В., Вибе Е.Н., Бондаренко А.С., Скворцов М.М. Самшитовая огнёвка Cydalima perspectalis (Walker, 1859) – настоящая угроза биологическому разнообразию лесов Северо-Западного Кавказа // Краснодар: КубГАУ, «Тр. Кубанского гос. аграрн. унив.», № 2 (53). 2015. С. 178–190.

Щуров В.И., Бондаренко А.С., Жуков Е.А., Шелест В.Д., Алентьев Н.П., Скворцов М.М., Мухина С. Г. Уточнение ареала самшита колхидского на северном макросклоне Западного Кавказа с целью учреждения лесных генетических резерватов в условиях экспансии самшитовой огнёвки // Устойчивое лесопользование, 2016. № 2(46). С. 25–30.

Щуров В.И., Бондаренко А.С., Охрименко Н.В., Вибе Е.Н., Николаенко К.С., Щурова А.В., Семёнов А.В., Скворцов М.М. Новые и малоизвестные насекомые-вредители в древесно-кустарниковых экосистемах Северо-Западного Кавказа (Orthoptera, Hemiptera, Coleoptera, Hymenoptera, Lepidoptera) // Природный парк «Большой Тхач»: проблемы изучения и сохранение биоразнообразия. Роль особо охраняемых природных территорий в развитии Адыгеи. Материалы Круглого стола (30 сентября 2016 г.). Майкоп: Изд-во АГУ, 2016. C. 16–45.

Щуров В.И., Бондаренко А.С., Скворцов М.М., Щурова А.В. Чужеродные насекомые – вредители леса, выявленные на Северо-Западном Кавказе в 2010–2016 годах, и последствия их неконтролируемого расселения // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 220. СПб.: СПбГЛТУ, 2017. C. 212–228.

Щуров В.И., Бондаренко А.С., Вибе Е.Н., Радченко К.С., Семёнов А.В. Новые данные об инвазиях чужеродных насекомых-вредителей (Insecta: Hemiptera, Coleoptera, Lepidoptera) в лесах Северо-Западного Кавказа / Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (19–22 октября 2017). Часть 1. Майкоп: Из-во АГУ, 2017. С. 114–124.

Щуров В.И., Скворцов М.М., Радченко К.С., Семёнов А.В., Жуков Е.А., Щурова А.В. Инвентаризация мест обитания и популяций самшита колхидского (Buxus colchica Pojarkov, 1947) как потенциальных участков ЛВПЦ на южном макросклоне Северо-Западного Кавказа в условиях продолжающейся инвазии огнёвки Cydalima perspectalis (Walker, 1859) // Устойчивое лесопользование, 2017. № 4 (52). С 13–21.

Щуров В.И., Бондаренко А.С., Жуков Е.А., Алиев-Лещенко Р.М., Скворцов М.М., Вибе Е.Н., Радченко К.С., Семёнов А.В. Леса с участием каштана посевного (Castanea sativa Mill.) в Краснодарском крае: ареал, управление, состояние, охрана, защита, известные и новые угрозы // Устойчивое лесопользование, № 1 (53). 2018. С. 21–31.

Neimorovets V.V., Shchurov V.I., Bondarenko A.S., Skvortsov M.M., Konstantinov F.V. First documented outbreak and new data on the distribution of Corythucha arcuata (Say, 1832) (Hemiptera: Tingidae) in Russia // Acta Zooligica Bulgarica. Suppl. 9, 2017. C. 139–142.

Shchurov V.I., Zamotajlov A.S., Bondarenko A.S., Skvortsov M.M., Shchurova A.V. Сharacteristics of formation of the secondary ranges of phytophagous alien insects in the tree-shrub ecosystems of the Northwestern Caucasus in 2000–2016 / Чужеродные виды в Голарктике: Тезисы докладов V Международного cимпозиума (Борок-5) / Ин-т биологии внутр. вод им. И. Д. Папанина РАН, Ин-т проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова; ред. Ю. Ю. Дгебуадзе [и др.]. – Ярославль: Филигрань, 2017. С. 112.