RU2038001C1

RU2038001C1 - Method for assessing condition of forests

Info

Publication number: RU2038001C1
Authority: RU
Inventors: С.В. Бронников; А.С. Щербаков; В.С. Шалаев; В.Ф. Давыдов
Original assignee: Московский государственный университет леса
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: silviculture. SUBSTANCE: method involves selecting an integral criterion of condition, remote measurement from the orbital station of the coefficients of spectral brightness of the probed forest area in three parts of the visible spectrum with a discreteness of 2 nm, quantization of signal amplitudes at a pitch of 1/256, calculation of chromatic coefficients of vitality and damage, computing the function of mutual regression and its calibration within the entire measurement range of integral criterion, continuous tracking of symptoms, recording them in the coordinate of assessment by points on station-borne printer and sending off the results over facsimile radio line. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к оперативной разведке лесопатологических участков на различных стадиях поражения насекомыми вредителями или поглощения поллютантов промышленных выбросов в зонах техногенного воздействия. The invention relates to forestry, in particular to the operational exploration of forest pathological sites at various stages of insect pests or absorption of pollutants from industrial emissions in areas of technological impact.

В лесоводстве, традиционный метод лесопатологического обследования заключается в индивидуальном описании каждого дерева по ряду признаков в пределах обследуемых участков. Характеристику состояния насаждений в целом на пробных площадках проводят по породам, ступеням толщины, визуальным признакам. In forestry, the traditional method of forest pathological examination is an individual description of each tree for a number of signs within the surveyed areas. The state of the stands as a whole at the test sites is characterized by rocks, thickness steps, and visual characteristics.

Известна оценка состояния по проценту потери хвои, ее некротического повреждения, изменения окраски, усыхания ветвей, суховершинности (см. Воронцов А. И. Мозолевская Е.Г. Соколова Э.С. "Технология защиты леса: M. Экология, 1991 г. стр. 61 табл. 4 аналог). При известном способе оценки по потери хвои выделяют пять категорий состояния 0 0-10% I 11-25% II 25.60% III более 60% IV отмирающие. Сильное варьирование охвоенности кроны у деревьев даже в пределах одной категории состояния, а также невозможность точного учета некротического повреждения хвои, листвы верхней части кроны по наблюдениях с поверхности земли делают данный диагностический способ оценки недостаточно точным. Кроме того, визуально инструментальный пересчет каждого дерева на участке очень трудоемкая процедура. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ интегральной оценки жизненности лесного массива путем расчета "индекса состояния" в баллах. (См. например, Воронцов А.И. Мозолевская Е.Г. Соколова Э.С. "Оценка состояния и устойчивости насаждений в книге "Технология защиты леса", М. Экология, 1991 г. 26, 3.1 стр. 235-237 прототип). The state assessment is known by the percentage of loss of needles, its necrotic damage, discoloration, drying out of branches, and dryness (see Vorontsov A.I. Mozolevskaya E.G. Sokolova E.S. "Forest Protection Technology: M. Ecology, 1991 pp. 61 table 4 analogue). With the known method for assessing the loss of needles, five categories of state are distinguished: 0 0-10% I 11-25% II 25.60% III more than 60% IV dying. Strong variation in crown coverage in trees even within the same category conditions, as well as the impossibility of accurately accounting for necrotic damage to needles, foliage of the upper hour According to observations from the surface of the earth, these crowns make this diagnostic assessment method not accurate enough. In addition, visually instrumental recalculation of each tree on the site is a very time-consuming procedure. Closest to the claimed technical solution is a method for integral assessment of the vitality of the forest by calculating the "state index" in points (See, for example, Vorontsov A.I. Mozolevskaya E.G. Sokolova E.S. "Assessment of the state and sustainability of plantings in the book" Technology of forest protection ", M. Ecology, 1991 26, 3.1 p. 235-237 prototype).

В способе прототипе индекс состояния (ИС) рассчитывается как произведение двух параметров: ИС П Х; где П показатель полноты, учитывающий морфологию (структуру) древостоя, т. е. степень использования древостоем площади биотопа;
Х средневзвешенная охвоенность, (облиственность) древостоя.In the prototype method, the state index (IP) is calculated as the product of two parameters: IP P X; where P is an indicator of completeness, taking into account the morphology (structure) of the stand, that is, the degree to which the stand uses the biotope area;
X weighted average concentration, (foliage) of the stand.

Для каждого типа насаждений определенного возраста выделяют нормальную (П 0,7), среднюю (П 0,5-0,6) и низкую (П 0,3-0,4) полноту или сомкнутость крон, которым присваивается оценка в баллах: 1; 0,8 и 0,55; традиционным пересчетом деревьев и измерениями по ступеням толщины вычисляется сумма поперечных сечений их стволов (

Q_i) которая приравнивается к 10 баллам. Охвоенность (f_i) как мера жизненности каждого дерева здорового, ослабленного, сильно ослабленного и усыхающего оценивается соответствующими баллами: f₁ 1; f₂ 0,8; f₃ 0,6; f₄ 0,2; f_5,6 0. Доля деревьев каждой категории состояния по ступеням толщины Q₁.Q₆ от

Q_i подсчитывается как часть от 10. Тогда средневзвешенная охвоенность определяется суммой произведений следующего вида:
X f₁ Q₁ + f₂ Q₂ + f₃ Q₃ + f₄ Q₄; Диапазон изменения индекса состояния способа-прототипа в различных зонах техногенного воздействия занимает интервал от 9,6 балла (контрольная площадка) до 3,6 балла в зонах сильного угнетения. Известный способ имеет существенные недостатки: он пригоден для одновозрастных, чистых по строению и структуре насаждений. При усложнении структуры насаждений в него необходимо вводить дополнительные коэффициенты;
большая трудоемкость метода, связанная с необходимостью индивидуального пересчета деревьев;
недостаточная оперативность получения результатов;
возможность субъективных ошибок при расчете интегрального критерия и распространении результатов оценок пробных площадок на весь массив.For each type of plantation of a certain age, normal (P 0.7), medium (P 0.5-0.6) and low (P 0.3-0.4) fullness or closure of crowns are distinguished, which are rated in points: 1 ; 0.8 and 0.55; by traditional recounting of trees and measurements by thickness steps, the sum of the cross sections of their trunks is calculated (

Q _i ) which equates to 10 points. Consolidation (f _i ) as a measure of the vitality of each healthy, weakened, greatly weakened and drying tree is estimated by the corresponding points: f ₁ 1; f ₂ 0.8; f ₃ 0.6; f ₄ 0.2; f _5.6 0. The proportion of trees of each category of state according to the steps of thickness Q ₁ .Q ₆ from

Q _{i is} calculated as part of 10. Then the average weighted level is determined by the sum of the products of the following form:
X f ₁ Q ₁ + f ₂ Q ₂ + f ₃ Q ₃ + f ₄ Q ₄ ; The range of changes in the state index of the prototype method in various areas of technological impact occupies an interval from 9.6 points (reference site) to 3.6 points in areas of severe oppression. The known method has significant disadvantages: it is suitable for coeval, clean in structure and structure of plantings. If the structure of plantations is complicated, additional coefficients must be introduced into it;
the great complexity of the method associated with the need for individual recount of trees;
lack of efficiency in obtaining results;
the possibility of subjective errors in calculating the integral criterion and disseminating the results of evaluations of test sites to the entire array.

При деградации лесов существенно изменяется общий объем фитомассы, число стволов на единицу га, численность побегов, сомкнутость подлеска. Динамические признаки повреждения деревьев под влиянием техногенного и антропогенного воздействия совпадают с их физиологической реакцией на воздействие других стрессовых факторов: климатические аномалии, дефицит минерального питания, массового размножения вредителей. Внешние признаки поражения при этом идентичны некроз хвои, уменьшение продолжительности жизни хвоинок, изменение окраски. During forest degradation, the total volume of phytomass, the number of trunks per unit ha, the number of shoots, and the undergrowth density change significantly. Dynamic signs of tree damage under the influence of technogenic and anthropogenic effects coincide with their physiological response to other stress factors: climatic anomalies, deficiency of mineral nutrition, and mass reproduction of pests. The external signs of damage are identical to the needles necrosis, a decrease in the lifespan of the needles, and a discoloration.

Из анализа операций аналога и прототипа следует, что для достижения большей точности определения категории состояния лесного массива необходимо измерять как минимум для биометрических параметра:
параметр, отражающий морфологию или структуру ценоза (полноту, сомкнутость крон);
параметр, характеризующий всю цветовую гамму хвои, листьев.From the analysis of the operations of the analogue and prototype, it follows that in order to achieve greater accuracy in determining the category of the state of the forest, it is necessary to measure at least the biometric parameter
a parameter that reflects the morphology or structure of the cenosis (completeness, crown density);
a parameter that characterizes the entire color gamut of needles, leaves.

Причем желательно, чтобы оба эти параметра учитывались бы одновременно при инструментальном измерении какого-то одного, интегрального критерия. Данная задача решается при измерении спектрального коэффициента яркости лесного массива, причем результат измерений является интегральной суммой всей наблюдаемой площади, что сразу исключает субъективность визуальных оценок и ошибки пересчета единичных измерений в суммарный показатель. Связь перечисленных выше биометрических параметров с измеряемой при спектрометрировании величиной и количественная оценка состояния зондируемого лесного массива реализуется последовательностью технологических операций заявляемого способа, формулируемых ниже. Moreover, it is desirable that both of these parameters should be taken into account simultaneously in the instrumental measurement of a single, integral criterion. This problem is solved when measuring the spectral brightness coefficient of the forest, and the measurement result is an integral sum of the entire observed area, which immediately eliminates the subjectivity of visual estimates and the errors of recalculation of individual measurements into a total indicator. The relationship of the above biometric parameters with the value measured during spectrometry and a quantitative assessment of the state of the probed forest is realized by the sequence of technological operations of the proposed method, formulated below.

Известно, что в видимом диапазоне рассеяние и поглощение излучения лесными сообществами связано с наличием и концентрацией пигментов, в основном, хлорофилла, каротиноидов, а также содержанием влаги. У зеленых деревьев в результате селективного поглощения хлорофилла формируется спектральная область отражения с двумя минимумами в синем (В) и красном (R) участках спектра. До 95% вариаций коэффициента спектральной яркости ( ρл) в видимом диапазоне обусловлено изменением содержания хлорофилла (см. например, Выгодская Н. Н. Горшкова Н.И. "Теория и эксперимент в дистанционных исследованиях растительности. Л. Гидрометеоиздат, 1987 г. стр. 26). Спектральные коэффициенты отражения хвои, листьев в различных стадиях поражения (вегетации) измеренные в лабораторных условиях иллюстрируются семейством кривых рис.1, где: a) зелено-фиолетовые, б) темно-зеленые, в) светло-зеленые, г) желто-зеленые, д) зелено-желтые, ж) желтые. It is known that in the visible range, scattering and absorption of radiation by forest communities is associated with the presence and concentration of pigments, mainly chlorophyll, carotenoids, as well as moisture content. In green trees, as a result of selective absorption of chlorophyll, a spectral reflection region is formed with two minima in the blue (B) and red (R) parts of the spectrum. Up to 95% of the variations in the spectral brightness coefficient (ρl) in the visible range is due to a change in the chlorophyll content (see, for example, Vygodskaya NN Gorshkova NI "Theory and experiment in remote studies of vegetation. L. Gidrometeoizdat, 1987 p. 26) The spectral reflection coefficients of needles and leaves at various stages of damage (vegetation) measured under laboratory conditions are illustrated by the family of curves in Fig. 1, where: a) green-violet, b) dark green, c) light green, d) yellow -green, e) green-yellow, g) yellow.

Спектр отражения крон деревьев формируется совокупными эффектами отражения, поглощения и пропускания лучистой энергии отдельными листьями, хвоей, ветвями, побегами. С увеличением залесенности, увеличивается объем фитомассы и поглощение лучистой энергии хлорофиллом и коэффициент спектральной яркости в видимом диапазоне, как правило, уменьшается. Для сообществ с интегральным изображением, фитоценометрическим параметром, характеризующим морфологию (структуру) ценоза, является общее проективное покрытие (ОПП). Проективное покрытие это горизонтальная проекция надземных органов всех растений биоценоза на поверхности почвы. Таким образом, деградация лесного массива, уменьшение числа стволов на га и сомкнутости крон приводит к увеличению коэффициента спектральной яркости, особенно в областях спектра, связанных с поглощением лучистой энергии (красная часть видимого спектра). The reflection spectrum of tree crowns is formed by the combined effects of reflection, absorption and transmission of radiant energy by individual leaves, needles, branches, shoots. With an increase in forest cover, the volume of phytomass and the absorption of radiant energy by chlorophyll increase, and the spectral brightness coefficient in the visible range, as a rule, decreases. For communities with an integrated image, the phytocenometric parameter characterizing the morphology (structure) of cenosis is the general projective cover (OPP). Projective cover is a horizontal projection of the aboveground organs of all plants of the biocenosis on the soil surface. Thus, the degradation of the forest, a decrease in the number of trunks per hectare and the density of crowns leads to an increase in the spectral brightness coefficient, especially in the spectral regions associated with the absorption of radiant energy (the red part of the visible spectrum).

Одновременно, в стрессовых ситуациях, происходит разрушение хлорофилла в клетках растений, они приобретают желтоватую окраску. Следовательно оба фитоценометрических параметра как ОПП характеризующий деградацию структуры сообщества и индекс цветности характеризующий разрушение хлорофилла в клетках при техногенном воздействии или других стрессовых ситуациях взаимодействуют синфазно на интегральный показатель коэффициент спектральной яркости. Индикация этих параметров позволяет проводить диагностику внутреннего развития растений, выявлять аномалии на ранних стадиях развития. Среди возможных сочетаний спектральных признаков, авторами установлено, что наиболее информационными (по энтропии) и устойчивыми к вариациям атмосферы, высоты солнца, азимута наблюдения являются хроматические коэффициенты: (g) индекс зелености (жизненности) и (r) индекс красного поражения (см. например, Давыдов В.Ф. и др. "Научно-техническое обоснование комплекса целевой аппаратуры орбитальной станции "МИР" второго этапа (включая автономные платформы) для решения задач мониторинга лесов" ВНИИЦ "Лесресурс, М. 1990 г. стр. 46-47). At the same time, in stressful situations, the destruction of chlorophyll in plant cells occurs, they acquire a yellowish color. Therefore, both phytocenometric parameters as OPP characterizing the degradation of the community structure and the color index characterizing the destruction of chlorophyll in cells under anthropogenic effects or other stressful situations interact in phase with the integral indicator of the spectral brightness coefficient. Indication of these parameters allows you to diagnose the internal development of plants, identify anomalies in the early stages of development. Among the possible combinations of spectral features, the authors found that the most informational (by entropy) and resistant to variations in the atmosphere, altitude of the sun, and azimuth of observation are chromatic coefficients: (g) greenness (vitality) index and (r) red lesion index (see, for example , Davydov V.F. et al. "Scientific and technical substantiation of the complex of target equipment for the MIR orbital station of the second stage (including autonomous platforms) for solving the tasks of forest monitoring" VNIIC "Lesresurs, M. 1990, pp. 46-47) .

Хроматические коэффициенты рассчитываются по следующим зависимостям:
g

;
r

; индекс сине-фиолетости:
b

. Перечисленные хроматические коэффициенты охватывают все стадии дигрессии растительных сообществ, количественное их изменение при деградации лесов в зависимости от степени повреждения происходит монотонно. Сумма этих коэффициентов всегда равна единице, поэтому вычисляя два из них, всегда можно восстановить третий: Наибольшую информационную нагрузку имеют индексы (g) жизненности и (r) поражения. Априорно, очевидно, что снижение жизненности лесного массива приводит к возрастанию коэффициента (r) и уменьшению (g). Оценка метрических и информационных характеристик спектральных портретов лесных объектов по введенным хроматическим коэффициентам авторами проводилась на базе комплекса спектрометрической аппаратуры орбитальной станции "МИР" в 1990 г. Дистанционные измерения на борту станции осуществлялись как космонавтом-исследователем Баландиным А.П. так и в режиме телеуправления целевой научной аппаратурой, размещенной на автономной поворотной платформе станции "МИР" по методике, разработанной авторами, реализующей заявляемый способ. (См. например, Программа и методика оперативного обнаружения лесопатологических участков видеоспектрометрами МКС-М, фаза, Гемма, с борта орбитальной станции "МИР", М. НПО "Энергия, 1990 г. 26 стр.).Chromatic coefficients are calculated according to the following relationships:
g

;
r

; blue violet index:
b

. The listed chromatic coefficients cover all stages of digression of plant communities; their quantitative change during forest degradation depending on the degree of damage occurs monotonously. The sum of these coefficients is always equal to unity, therefore, calculating two of them, you can always restore the third: The greatest information load are indices (g) of vitality and (r) of defeat. A priori, it is obvious that a decrease in the vitality of the forest leads to an increase in the coefficient (r) and a decrease (g). The authors evaluated the metric and informational characteristics of the spectral portraits of forest objects by the chromatic coefficients introduced on the basis of the spectrometric equipment of the MIR orbital station in 1990. Remote measurements on board the station were carried out as astronaut-researcher A. Balandin. and in the remote control mode of the target scientific equipment located on an autonomous rotary platform of the station "MIR" according to the method developed by the authors, which implements the inventive method. (See, for example, the Program and methodology for the operative detection of forest pathological sites by MKS-M video spectrometers, phase, Gemma, from the MIR orbital station, M. NPO Energia, 1990, 26 pp.).

Степень статистической взаимосвязи между хроматическими коэффициентами (g, r) оценивалась коэффициентом взаимной корреляции K(r,g), который вычислялся по формуле:
K(r,g)

, где

,

средние значения измеряемых коэффициентов σ_g, σ_r и их среднеквадратические отклонения.The degree of statistical relationship between the chromatic coefficients (g, r) was estimated by the cross-correlation coefficient K (r, g), which was calculated by the formula:
K (r, g)

where

,

average values of the measured coefficients σ _g , σ _r and their standard deviations.

Массив зарегистрированных измерений представлен в таблице. An array of recorded measurements is presented in the table.

Функция взаимной регрессии хроматических коэффициентов вычисленная по массиву выполненных авторами измерений и соответствующая им координата балльной оценки категории состояния, полученная авторами приведена на фиг.2. The function of mutual regression of chromatic coefficients calculated from the array of measurements performed by the authors and the corresponding coordinate of the scoring of the status category obtained by the authors is shown in Fig.2.

Пунктиром, на графике фиг.2 показана область значений методической ошибки с учетом всех возмущающих факторов, рассчитанная как полный дифференциал от функционала измерений. The dotted line in the graph of figure 2 shows the range of values of the methodological error, taking into account all disturbing factors, calculated as the full differential from the measurement functional.

Из приведенного графика фиг.2 следует, что для достижения необходимой точности интегральной оценки состояния лесного массива, шкала параметра измерительного прибора должна иметь шаг квантования не более 1/256. Этому требованию удовлетворяют видеоспектрометр станции "МИР" "Гемма-2". From the graph of figure 2 it follows that in order to achieve the necessary accuracy of the integrated assessment of the state of the forest, the scale of the parameter of the measuring device should have a quantization step of no more than 1/256. This requirement is met by the video spectrometer of the MIR station Gemma-2.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что он отличается от известного тем, что измеряются параметры не отдельного дерева, а интегральные характеристики оцениваемого участка в целом при одновременном учете как структуры древостоя, так и охвоенности. Причем размеры площади усреднения (интегрирования) могут регулироваться апертурой измерительного прибора. Индекс цветности оценивается не визуально, а экспериментально, с шагом квантования различных оттенок через 2 нм по спектру, что обеспечивает большую точность. Это позволяет утверждать, что заявляемый способ удовлетворяет критерию изобретения "новизна". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that it differs from the known one in that it measures not the parameters of an individual tree, but the integral characteristics of the estimated area as a whole, while taking into account both the structure of the stand and the convalescence. Moreover, the size of the area of averaging (integration) can be controlled by the aperture of the measuring device. The color index is not evaluated visually, but experimentally, with a quantization step of different hues through 2 nm in the spectrum, which provides greater accuracy. This allows us to argue that the claimed method meets the criteria of the invention of "novelty."

Наличие таких признаков, как вновь введенные операции: измерение спектрального коэффициента яркости с дискретностью 2 нм по длине волны, шагом квантования 1/256 по амплитуде, регулирование апертуры измерительного прибора, получение положения измерительной щели на экране цветной обзорной телекамеры, вычисление хроматических коэффициентов по результатам измерения КСЯ (B, G, R), расчет функции взаимной регрессии хроматических коэффициентов, тарирование функции регрессии по интегральному коэффициенту бальности, непрерывное маршрутное измерение состояния лесных объектов за счет сканирования вдоль трассы подспутниковой точки или в режиме отслеживания объектов отработкой заданных уставок автономной платформой станции "МИР", позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия". The presence of such features as newly introduced operations: measuring the spectral brightness coefficient with a resolution of 2 nm by wavelength, quantization step 1/256 in amplitude, adjusting the aperture of the measuring device, obtaining the position of the measuring gap on the screen of a color panoramic television camera, calculating chromatic coefficients from the measurement results КСЯ (B, G, R), calculation of the mutual regression function of chromatic coefficients, calibration of the regression function according to the integral coefficient of the scale, continuous route measurement state of timber objects due to scanning along the track in a point or sub-satellite tracking objects perfecting mode settings specified autonomous platform "MIR" station, allows to conclude that the claimed technical solution to the criterion "substantial differences".

Положительный эффект заявляемого изобретения основан на установлении количественных зависимостей между расчетными значениями хроматических коэффициентов и интегральным показателем состояния лесного массива в баллах, повышении точности оценок за счет автоматического интегрального усреднения по всей зондируемой площади, исключения субъективного фактора, а также оперативности получения результатов и высокой производительности (глобальности) метода. The positive effect of the claimed invention is based on the establishment of quantitative relationships between the calculated values of chromatic coefficients and the integral indicator of the state of the forest in scores, improving the accuracy of estimates due to automatic integral averaging over the entire probed area, eliminating the subjective factor, as well as the speed of obtaining results and high productivity (global ) method.

Заявляемый способ реализуется следующими операциями:
размещают спектрометрический модуль, поле зрения которого и положение щели совмещено с полем зрения цветной телекамеры на автоматической платформе орбитальной станции;
отслеживают заданные районы наблюдения лесных массивов вводом уставок баллистических данных в систему управления автоматической платформы;
измеряют функцию (ρ_λ) коэффициента спектральной яркости зондируемого участка в синем В, зеленом G и красном R участках видимого спектра; с дискретностью не более 2 нм;
квантуют непрерывные значения амплитуд сигналов измеренной функции с шагом квантования не более 1/28;
рассчитывают значения хроматических коэффициентов жизненности (g) и поражения (r) по формулам
g

,
r

,
вычисляют функцию регрессии хроматических коэффициентов и тарируют ее по эталонным измерениям контрольных участков с известными категориями состояния в баллах. Средний наклон функции вычисляется как коэффициент корреляции:
K(r,g)

,
регистрируют расчетные значения r, g на двухкоординатном графопостроителе вместе с сопутствующей информацией (временем съемки и географическими координатами).The inventive method is implemented by the following operations:
place a spectrometric module, the field of view of which and the position of the slit is combined with the field of view of the color camera on the automatic platform of the orbital station;
track specified areas of observation of forests by entering the settings of ballistic data in the control system of the automatic platform;
measuring the function (ρ _λ ) of the spectral brightness coefficient of the probed area in blue B, green G and red R sections of the visible spectrum; with a resolution of not more than 2 nm;
quantize the continuous values of the amplitudes of the signals of the measured function with a quantization step of not more than 1/28;
calculate the values of the chromatic coefficients of vitality (g) and lesion (r) according to the formulas
g

,
r

,
calculate the regression function of chromatic coefficients and calibrate it according to the reference measurements of control plots with known categories of status in points. The average slope of the function is calculated as the correlation coefficient:
K (r, g)

,
register the calculated values of r, g on a two-coordinate plotter, together with related information (shooting time and geographical coordinates).

передают зарегистрированные маршрутные измерения состояния лесных объектов по трассе подспутниковой точки в сеансах связи с центром управления полетом по факсовой радиолинии для доведения информации потребителям. transmit registered route measurements of the state of forest objects along the path of the sub-satellite point in communication sessions with the flight control center via a fax radio line to bring information to consumers.

П р и м е р. Заявляемый способ может быть реализован на базе устройства по схеме фиг. 3. На автономной платформе (1) телеуправляемой как из центра управления полетом, так и от бортовой системы управления (2) орбитальной станции "МИР" установлена система "Гемма-2"-видео, в составе стандартной цветной телекамеры ДХС-1800 (3) и спектрометрического модуля МС-03 (4), осуществляющая спектрально-энергетическую регистрацию излучения оптического поля исследуемого объекта (5). Поля зрения телевизионного канала камеры и спектрометрического канала модуля совмещены таким образом, что щель спектрометра и ее положение на поле телекамеры, фиксированно-перемещаемо, как это отображено на фотографии фиг.4, отпечатанной с одного из кадров информации, записанной бортовым видеомагнитофоном. Значения функции коэффициента спектральной яркости зондируемого объекта (5) измеренные в узких интервалах синего (В) зеленого (G), красного (R) участках видимого спектра, поступают для обработки в бортовой информационно-вычислительной комплекс "Стоик" (6). PRI me R. The inventive method can be implemented on the basis of the device according to the scheme of FIG. 3. On an autonomous platform (1) telecontrolled both from the flight control center and from the onboard control system (2) of the MIR orbital station, the Gemma-2-video system is installed, as part of the standard color camera DXS-1800 (3) and the MS-03 spectrometric module (4), which performs spectral-energy registration of the radiation of the optical field of the object under study (5). The fields of view of the television channel of the camera and the spectrometric channel of the module are combined in such a way that the slit of the spectrometer and its position on the field of the camera are fixed-movable, as shown in the photograph of figure 4, printed from one of the frames of information recorded by the on-board video recorder. The values of the spectral brightness coefficient function of the sensed object (5) measured in narrow intervals of blue (B) green (G), red (R) portions of the visible spectrum are received for processing in the on-board computer-information complex "Stoik" (6).

В состав БВК "Стоик" входят: ЦВП (7) центральный вычислительный процессор и УОТИ (8) отдельный микрокомпьютер с микропроцессором Z-80 A) ЦВП содержит видеопроцессор V-9938 и выполняет функции оцифровки видеоизображения, синхронизацию УОТИ, кодирование полного видеосигнала и наложение компьютерной картинки на видеоизображение, как это иллюстрируется фиг.4. УОТИ осуществляет квантование по амплитуде измеренных значений ρ_λ с шагом 1/256, вычисление хроматических коэффициентов (r, g) а также тарирование их значений по ординате в баллах. Каждый кадр обработанной таким образом информации записывается на бортовой видеомагнитофон "Нива (10) и в кассетах доставляется в ЦУП в экспедициях посещения. Кроме того, каждый кадр обработанных изменений УОТИ выводится на цветной принтер (9), на котором регистрируется непрерывный график интегральной оценки состояния лесных объектов с привязкой по координате и времени наблюдения каждого объекта, зондируемых по всей трассе маршрута орбитального витка. Оперативные данные состояния интересующих потребителя участков леса передаются в сеансах связи с ЦУПом на факсимильной связи радиолинии "Строка" (11).The composition of the Stoik BVK includes: a digital processing center (7) a central computing processor and a UOTI (8) a separate microcomputer with a Z-80 A microprocessor) a digital processing center contains a V-9938 video processor and performs the functions of video digitization, UOTI synchronization, encoding a complete video signal and superimposing a computer video signal pictures on the video image, as illustrated in figure 4. UOTI quantizes the amplitude of the measured values of ρ _λ in increments of 1/256, calculates the chromatic coefficients (r, g) and also calibrates their values in ordinate in points. Each frame of information processed in this way is recorded on the Niva on-board video recorder (10) and delivered in cassettes to the MCC during visiting expeditions. In addition, each frame of processed UOTI changes is output to a color printer (9), on which a continuous graph of the integrated assessment of forest conditions is recorded objects with reference to the coordinate and time of observation of each object, probed along the entire route of the orbital orbit. Real-time state data of the sections of forest of interest to the consumer are transmitted to sah connection TsUPom on radio facsimile "string" (11).

Используя данную систему измерений можно оперативно осуществлять разведку лесопатологических районов, подверженных вспышкам насекомых-вредителей, оценивать ущерб лесам от различных видов (низовой, верховой) пожаров, оценивать степень техногенного воздействия на обширных площадях. Реализации отдельных измерений, выполненных авторами, приведены в таблице. Using this measurement system, it is possible to quickly investigate forest pathological areas prone to outbreaks of insect pests, assess damage to forests from various types of (ground, high) fires, and assess the degree of anthropogenic impact over vast areas. Implementations of individual measurements performed by the authors are given in the table.

Процедуру оценки состояния лесного массива по операциям заявляемого способа, реализованных авторами в алгоритмах БВК "Стоик" станции "Мир", проиллюстрируем на примере отдельного кадра информации, воспроизведенного на фиг. 4. На данном рисунке представлен участок подстилающей поверхности, попадающий в поле наблюдения цветной телекамеры ДСХ-1800 и положение оцениваемого (пробного) участка (положение щели). Результат измерений на каждой спектральной линии, представляющий собой усредненную оценку по всей интегрируемой площади участка с учетом как его цветности, так и морфологии древостоя на фиг.4, отражен графиком непрерывной функции. The procedure for assessing the state of the forest by the operations of the proposed method, implemented by the authors in the BVK "Stoik" algorithms of the Mir station, is illustrated by the example of a separate frame of information reproduced in FIG. 4. This figure shows the portion of the underlying surface that falls into the field of view of the DSX-1800 color camera and the position of the estimated (test) area (position of the slit). The measurement result on each spectral line, which is an average estimate over the entire integrable area of the plot, taking into account both its color and the stand morphology in Fig. 4, is shown by a graph of a continuous function.

С учетом поправок на иллюминатор, вариаций атмосферной дымки, восстановленные (истинные) значения коэффициентов спектральной яркости (в полосе усреднения 10 нм) в каждой из информационных полос B, G, R составляют
ρ ( λ= В) 0,21, ρ( λ= G) 0,42, ρ(λR) 0,18. Расчетные значения хроматических коэффициентов соответственно составили
g 0,515, r 0,222. Сопоставляя пару полученных значений (r, g) с функцией их взаимной регрессии, тарированной по эталонным участкам (см. фиг.2) состояние зондируемого лесного участка оценивается в 7.8 баллов.Taking into account corrections for the window, variations of atmospheric haze, the restored (true) values of the spectral brightness coefficients (in the averaging band of 10 nm) in each of the information bands B, G, R are
ρ (λ = B) 0.21, ρ (λ = G) 0.42, ρ (λR) 0.18. The calculated values of the chromatic coefficients were respectively
g 0.515, r 0.222. Comparing a pair of the obtained values (r, g) with the function of their mutual regression calibrated for the reference plots (see figure 2), the condition of the probed forest plot is estimated at 7.8 points.

Точная привязка результатов измерений по координатам осуществляется как по баллистическим данным (время съемки отпечатывается непосредственно в кадре) углы поворота платформы задаются программой БСУ) так и привязкой обзорного телевизионного снимка к топооснове по специальным реперным меткам на их телеизображении. Accurate reference of the measurement results by coordinates is carried out both according to ballistic data (the shooting time is printed directly in the frame) the platform rotation angles are set by the BSU program) and by linking the survey television picture to the topobase using special reference marks on their television image.

Эффективность заявляемого способа значительно повысится при переходе от экспериментальной обработке метода к его плановому многостороннему производственному использованию в лесном хозяйстве страны. The effectiveness of the proposed method will significantly increase in the transition from experimental processing of the method to its planned multilateral production use in the country's forestry.

Claims

1. METHOD FOR ESTIMATING THE STATE OF FORESTS by determining the state and presence of needles on control sites, determining the category of condition and evaluating it in points, characterized in that the sounding is carried out from the orbit of an artificial Earth satellite (AES), from which a spectrometric module is placed from an autonomous rotary platform, the field of view of which is combined with the field of view of a color television camera, from the satellite’s orbit they monitor the pledged sites by entering ballistic data settings into the control system of an autonomous platform, measure the spectral brightness of the probed area in the blue, green and red parts of the visible spectrum, quantize the continuous signal amplitudes of the measured function with a quantization step of no more than 1/256, calculate the values of chromatic coefficients of vitality and damage, calculate the regression function of chromatic coefficients and calibrate it in points using measurements of sites with known categories of status and receive an assessment of the state of forests on the entire observation area.

2. The method according to claim 1, characterized in that the calculated values of the chromatic coefficients and their scoring along with the geographical coordinates of the site are recorded on the on-board printer and / or reset the results of assessments of the state of the forests of the route sites along the observation route via a facsimile or modem radio line to consumers.