Лесоведение, 2019, № 5, стр. 399-409

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ ИСДМ-РОСЛЕСХОЗ

Опыт организации охраны лесов от пожаров в советские годы показал, что очаг горения можно считать своевременно обнаруженным, если его площадь в момент выявления не превысила 5 га. Своевременное обнаружение пожара позволяло его ликвидировать группой из 5–6 человек с ручными средствами тушения. Существенно большая площадь обнаружения часто приводит к длительным и затратным работам по тушению пожаров с привлечением технических средств. Понимание важности оперативного обнаружения пожаров в советское время привело к активному развитию авиационной охраны лесов. К середине 70-х годов в системе авиационной охраны лесов работало более 8 тыс. парашютистов-пожарных (десантников-пожарных), ликвидировавших на начальных стадиях горения до 70% пожаров. Работа региональных авиабаз координировалась ФГУ “Центральная база авиационной охраны лесов” (Центральная авиабаза).

Сокращение финансирования лесного хозяйства в конце 1990-х–начале 2000-х годов потребовало оптимизации затрат с целью поддержания необходимого уровня охраны лесов от пожаров в новых условиях.

При этом данные спутниковых наблюдений в те годы еще не способны были составить полноценную замену авиационным методам обнаружения лесных пожаров. Основным ограничением методов дистанционного зондирования из космоса того периода было то, что очаги горения регистрировались только после достижения ими достаточно большой площади. Но даже подобные сведения были важны для мониторинга крупных и особо крупных лесных пожаров. Это позволяло частично отказаться от необходимости регулярного облета по контуру пожаров, размеры которых иногда достигали тысяч, а порой и десятков тысяч гектар. Кроме того, на значительной площади малонаселенных и труднодоступных территорий Российской Федерации в тот период не существовало авиационных и наземных средств обнаружения (так называемые неохраняемые леса). На таких территориях, а это почти 400 млн га, даже весьма скромные возможности космических методов (обнаружение и регистрация лесных пожаров на площадях от 50 га) оказались очень востребованными.

Начиная с 1995 г. в России реализовывались несколько проектов, связанных с организацией получения и обработкой спутниковых данных. Эти работы в различные годы финансировалось Рослесхозом, Минприроды России, РАН, фондами РФФИ и TACIS (Коровин, Барталев, Беляев, 1998; Abushenko et al., 1999; Абушенко и др., 2000a; Isaev et al., 2002; Justice et al., 2002). Указанные работы позволили организовать автоматизированные рабочие места в диспетчерских пунктах Центральной авиабазы, а в дальнейшем, с развитием Интернет-технологий доступа к данным – и в диспетчерских пунктах региональных баз авиационной охраны лесов.

Существенный прорыв в развитии автоматизации, обработки данных дистанционного зондирования позволил унифицировать отдельные элементы технологий уже в 2003 г. объединив их в единую систему. Над созданием и развитием системы в разные годы работали следующие учреждения и организации: Центральная авиабаза (теперь ФБУ “Авиалесоохрана”), Институт космических исследований (ИКИ) РАН, Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов (ЦЭПЛ) РАН, Институт солнечно-земной физики (ИСЗФ) СО РАН, Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства (СПбНИИЛХ) и ряд других. Так, например, в 2004 г. в Красноярском крае совместно со специалистами ФБУ “Авиалесоохрана” и ИКИ РАН были проведены контрольные облеты выборочных участков лесных гарей для определения их точных границ с использованием систем спутниковой навигации (Барталев и др., 2005a). Замеры позволили провести верификацию алгоритмов определения площади лесных пожаров и отработать методики выездного инспекторского контроля достоверности сведений о них.

Учитывая особенность решаемых задач и технические возможности того времени, была создана система космического мониторинга крупных лесных пожаров, которая после проведения в 2004 г. опытной эксплуатации и доработки получила название – “Информационная система дистанционного мониторинга лесных пожаров Федерального агентства лесного хозяйства” (ИСДМ-Рослесхоз). В 2005 г. система была введена в промышленную эксплуатацию. Описанию особенностей системы и ее блоков на различных этапах ее развития посвящено значительное число работ (Барталев и др., 2005a; Беляев, Коровин, Лупян, 2005; Сементин и др., 2005; Котельников, Коршунов, 2008; Котельников, Флитман, 2007; Лупян и др., 2013a; Галеев и др., 2005; Ефремов и др., 2011; Лупян и др., 2013b, 2015a).

Оператором ИСДМ-Рослесхоз стала ФБУ “Центральная база авиационной охраны лесов “Авиалесоохрана”. Сопровождением и развитием занималась обширная кооперация организаций и учреждений, состав которой периодически корректировался с учетом решаемых на различных этапах задач и потребностей отрасли.

Следует отметить, что существенное влияние на организационную структуру и регламентацию работы охраны лесов от пожаров космические данные могли оказать только после формирования соответствующей нормативной и инструктивно-методической базы. Существенным шагом в этом направлении стало утверждение Регламента работы ИСДМ-Рослесхоз (приказ Рослесхоза от 08.12.2005 № 326), а также приказ Рослесхоза “О космическом мониторинге лесных пожаров” от 25.05.2005 № 112. Приказ № 112 не только утвердил Методические рекомендации по проведению космического мониторинга лесных пожаров на территории лесного фонда, но и впервые выделил зоны космического мониторинга (рис. 1). При этом, зона космического мониторинга делилась на два уровня. К первому уровню относятся территории, на которых возможно применение авиации для уточнения данных космического мониторинга. Ко второму уровню относятся удаленные и труднодоступные территории, отчетность о пожарах по которым формируется исключительно по данным космического мониторинга. Фактически с этого момента термин “неохраняемые леса” вышел из обихода, так как сведения обо всех пожарах, в т.ч. на труднодоступных территориях, должны вноситься в статистику на основе космической информации без обязательного посещения места горения. Таким образом ИСДМ-Рослесхоз из системы мониторинга только крупных лесных пожаров стала, в том числе, инструментом обнаружения очагов горения.

Рис. 1.

Лесопожарное зонирование территории России по состоянию на 2005 г. (1 – зона космического мониторинга второго уровня)

В настоящее время, в рамках сопровождения информационной системы, перед пожароопасным сезоном проводятся работы по ежегодному обновлению границ зон мониторинга, лесного фонда, авиаотделений и лесничеств на основе цифровых картографических материалов субъектов Российской Федерации. Для этой задачи были разработана геоинформационная технология обновления границ, которая в последствие модернизировалась с учетом требований к картографической информации (Подольская, Ершов, 2006). Это позволяет поддерживать картографическую основу в актуальном состоянии, а также автоматический формировать оперативную отчетность по пожарам на землях лесного фонда, иных территориях по зонам мониторинга на уровне субъектов Российской Федерации, округов и в целом по России. Перед специалистами лесопожарных служб, которые получили в свое распоряжение регулярный поток спутниковых данных, встал вопрос необходимости сопоставления получаемой информации со сведениями от наземных и авиационных источников. Кроме того, важно было достоверно идентифицировать регистрируемые системой тепловые аномалии. В связи с этим ключевой задачей ИСДМ-Рослесхоз стало объединение в одном интерфейсе сведений, поступающих из разных источников. При этом ИСДМ-Рослесхоз изначально создавалась как полноценная геоинформационная система, одним из основных требований к которой было обеспечение возможности распределенной работы с ней специалистов на всей территории страны, осуществляющих совместный анализ сведений из разных источников. Это привело к созданию многофункциональных web-интерфейсов для доступа и анализа данных. При этом пользователи системы имеют возможность работать как с картографическими интерфейсами, позволяющими анализировать различную пространственную информацию, так и с автоматически формируемыми различными отчетными формами. Надо отметить, что на первых этапах развития ИСДМ-Рослесхоз была рассчитана на то, что ее пользователями будут специалисты учреждений авиационной охраны лесов, в первую очередь, диспетчерских служб, прошедших соответствующее обучение, и имеющих опыт анализа разнородной информации. Поэтому создаваемые в рамках системы интерфейсы для работы с данными обладали достаточно широкими функциональными возможностями, но были рассчитаны на подготовленных специалистов.

Начиная с 2011 г. руководством Рослесхоза принимается серия решений, направленных на расширение круга пользователей системы. Доступ к ресурсам системы получили пользователи, часто не связанные непосредственно с работами по охране лесов от пожаров и не проходившие обучение для работы с ИСДМ-Рослесхоз. Это в ряде случаев приводило к неверной интерпретации сведений, предоставляемых системой. В дальнейшем, в рамках модернизации системы, были созданы отдельные интерфейсы, которые предоставляют информацию и неподготовленным пользователям. В настоящее время в системе организована достаточно развитая схема разграничения доступа к данным, что, в том числе, позволяет работать с ней как специалистам, обеспечивающим охрану лесов от пожаров, так и широкому кругу пользователей, заинтересованных в получении информации о лесопожарной ситуации.

Большое число пользователей, а также необходимость обеспечивать оперативное предоставление информации для различных регионов на первых этапах работы, потребовало создать информационные узлы ИСДМ-Рослесхоз в центрах приема данных ДЗЗ, действующих в ее интересах. Это дало возможность пользователям работать не только с центральным информационным узлом системы, но при необходимости использовать региональные узлы. На разных этапах развития системы такие узлы действовали в Хабаровске, Красноярске, Новосибирске, Ханты-Мансийске, Самаре, Москве и Пушкино. По мере расширения коммуникационных возможностей отпала необходимость работы с таким значительным числом узлов. В настоящее время в ИСДМ-Рослесхоз поддерживается только два информационных узла – (центральный и резервный) – расположенные в Московском регионе. Также поддерживается контрольный узел, использующийся для тестирования новых блоков и элементов системы перед вводом их в эксплуатацию. Контрольный узел разворачивается обычно в одной из организаций, обеспечивающих поддержку ИСДМ-Рослесхоз в конкретном пожароопасном сезоне. Важным шагом к оптимизации технической структуры ИСДМ-Рослесхоз стал переход в 2016 г. на сервисную схему работы. Это позволяет в настоящее время избежать необходимости поддерживать в системе дорогостоящие долговременные архивы спутниковых данных и использовать сервисы доступа к спутниковой информации и результатам их обработки, предоставляемым крупными российскими специализированными системами, таким как Объединенная система работы с данными центров НИЦ “Планета” и Центром коллективного пользования “ИКИ-Мониторинг” (Лупян и др., 2014, 2015b).

Одной из важных функций ИСДМ-Рослесхоз является исключение из отчетности сведений о зарегистрированном очаге горения, которое не являющемся лесным пожаром (например, антропогенных объектов, сельскохозяйственных палов и т.д.). Одним из путей решения этой задачи стало создание обратной связи, реализованной через специальные интерфейсы, позволяющие осуществлять сбор информации о подтверждении в качестве “лесного пожара” зон горения, зарегистрированных с использованием ИСДМ-Рослесхоз (Котельников, Флитман, 2007). Для решения данной задачи в ИСДМ-Рослесхоз был интегрирован блок сбора, обработки и анализа лесопожарной информации по данным наземного и авиационного мониторинга (“Ясень-Ф”) (Сонькин, Семыкин, 2008). Это, в том числе, позволило ИСДМ-Рослесхоз развиться из системы космического мониторинга крупных лесных пожаров в комплексную информационную систему охраны лесов от пожаров. В то же время ее основой остаются методы и технологии ДЗЗ.

C 01 января 2007 г. вступил в действие Лесной кодекс Российской Федерации, предусматривающий передачу в субъекты Российской Федерации части полномочий в области лесных отношений, в том числе и по охране лесов, а также определенного объема финансирования (субвенции). Кодекс предусматривает достаточно большую свободу регионов в вопросах выбора оптимальных для местных условий средств и методов охраны лесов от пожаров, в том числе наделяя их правами перераспределения финансирования на решение наиболее проблемных вопросов лесного хозяйства. В тоже время федеральный центр осуществляет оценку эффективности деятельности органов государственной власти субъектов Российской Федерации в области лесных отношений, включая охрану лесов от пожаров.

В настоящее время, основу системы охраны лесов составляют государственные бюджетные и автономные учреждения, подведомственные органам исполнительной власти субъектов Российской Федерации, которые созданы практически повсеместно. Эти учреждения финансируются напрямую из бюджета субъекта Российской Федерации за счет субвенций. Учитывая случайный характер распределения ежегодной горимости лесов по стране, создавать в каждом регионе лесопожарные формирования из расчета максимальной горимости экономически нецелесообразно. Наиболее рациональным является оперативная переброска сил пожаротушения из регионов с меньшей горимостью. Кроме того, с целью организации работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций в лесах, возникших вследствие пожаров, которые периодически возникают в отдельных регионах, в ФБУ “Авиалесоохрана” сформирован федеральный резерв сил и средств пожаротушения. Для принятия решений о маневрировании ресурсами пожаротушения важна оперативная, достоверная, а главное независящая от человеческого фактора информация о пожарной опасности в лесах и лесных пожарах.

В российских условиях получение объективной, однородной по всей стране и оперативной информации о лесопожарной обстановке, в том числе о площадях, пройденных огнем, могут обеспечить только спутниковые методы. Такая информация необходима как для оценки эффективности работ по охране лесов от пожаров ДЗЗ, так и для решения задач, связанных с маневрированием ресурсами пожаротушения.

С целью обеспечения контроля достоверности сведений о пожарной опасности в лесах и лесных пожарах, поступающих от региональных лесопожарных служб, в 2014–2015 гг. в Российской Федерации издан ряд нормативных правовых актов, формирующих многоуровневую систему контроля, основанную прежде всего на возможностях ИСДМ-Рослесхоз. Так, сведения о площадях крупных лесных пожаров в ежедневном, автоматическом режиме сравниваются с данными, полученными на основе спутникового детектирования очагов горения. В случае существенных отклонений (более 30%) осуществляется детальный замер площади отдельных лесных пожаров по данным ДЗЗ высокого пространственного разрешения. В ИСДМ-Рослесхоз реализована технология, позволяющая в максимально автоматизированном режиме проводить массовое картографирование пройденной огнем площадей конкретных пожаров с использованием спутниковых данных высокого пространственного разрешения (Ефремов, Запольский, Мазуров, 2010). В тех случаях, когда необходимые данные ДЗЗ для контроля площади отсутствуют или есть серьезные разногласия по оценке площадей со специалистами субъектов Российской Федерации, предусмотрена возможность выездной инспекторской проверки с целью инструментального замера пройденной огнем площади путем обхода (или облета) контура пожара с регистрацией траектории средствами спутниковой навигации. В состав ИСДМ-Рослесхоз входит комплекс средств, обеспечивающих необходимой информацией инспекторский состав, выполняющий выездные проверки в регионах, в частности телекоммуникационная лаборатория “Ясень-ТКЛ” (Сонькин, Семыкин, 2008).

Следует отметить, что наличие возможности получения точной информации о площадях пройденных огнем на основе данных высокого пространственного разрешения достаточно сильно сокращает необходимость проведения выездных проверок. Например, за период с 2013 по 2015 г. проведено всего шесть выездных проверок площадей, пройденных лесными пожарами (Амурская область, Ямало-Ненецкий автономный округ, Республика Саха (Якутия), Республика Тыва, Республика Коми и Забайкальский край), выполнены инструментальные замеры более 40 лесных пожаров. В результате работ по уточнению пройденных огнем площадей внесены корректировки: в 2013 г. – 603 раза (площадь скорректирована на 359.6 тыс. га), в 2014 г. – 603 (на 119.7 тыс. га), в 2015 г. – 485 (на 119.7 тыс. га.).

В последующие годы, учитывая результаты инструментальных замеров, а также с учетом увеличения объема поступающих в ИСДМ-Рослесхоз данных ДЗЗ высокого пространственного разрешения, потребность в выездных проверках существенно сократилась. Контроль данных осуществляется в основном по результатам обработки данных ДЗЗ высокого пространственного разрешения. Уточненная информация вносится в систему и в дальнейшем используется в учете. Возможности ИСДМ-Рослесхоз могут использоваться при контроле за осуществлением субъектами Российской Федерации полномочий по охране лесов от пожаров не только в части оценки достоверности сведений о площадях. Важным показателем оценки эффективности работ по охране лесов является ущерб от лесных пожаров. Алгоритмы, применяемые в ИСДМ-Рослесхоз, позволяют оценить повреждения лесов, в том числе определить площадь погибших насаждений (Барталев и др., 2005b, 2010, 2015; Стыценко и др., 2013; Барталев и др., 2014, 2017). Особо следует отметить, что имеющиеся в системе, ежегодно актуализируемые данных о состоянии лесов России (Барталев и др., 2016), включая карты типов лесного и нелесного покрова, преобладающих древесных пород и запасов стволовой древесины, позволяют не только получать информацию о площадях погибших насаждений, но и проводить анализ типов погибших лесов и количественную оценку потерь. ИСДМ-Рослесхоз также позволяет анализировать данные, полученные по регионам за различные годы, в том числе формировать аналитические отчеты, дающие возможность сравнивать текущую ситуацию в регионах со среднемноголетней и также использовать данную информацию для оценки эффективности мероприятий по охране лесов от пожаров (см., например, (Сонькин, Семыкин, 2008)).

Следует отметить, что в 2015–2018 гг. произошел существенный технологический прорыв, связанный с вводом эксплуатацию новых спутниковых систем ДЗЗ. Были введены в эксплуатацию спутники семейства Sentinel, метеоспутники нового поколения (Himawari 8, Suomi-NPP и JPSS1), новые спутники серии Канопус В (в том числе, Канопус В ИК). Фактически непрерывное развитие ИСДМ-Рослесхоз, которое велось в 2015–2017 гг., позволило, в частности, интегрировать и начать эффективно использовать в системе большинство этих возможностей. Это обеспечило, в частности, повышение регулярности наблюдений (до 20–30 раз в сутки) и близкую к стопроцентной возможность получения информации для уточнения площади, пройденной конкретным пожаром, с использованием спутниковых данных ДЗЗ с пространственным разрешением не хуже 10–30 м.

В 2015 г. в Правила тушения лесных пожаров, утвержденные приказом Минприроды России от 08.07.2014 № 313, внесены изменения, предусматривающие возможность приостановления работ по тушению лесных пожаров при отсутствии угрозы населенным пунктам или объектам экономики в случаях, когда ожидаемые затраты на тушение лесных пожаров превышают прогнозируемый вред, который может быть ими причинен. Предполагалось, что данные изменения придут на смену подходу, связанному с выделением зон космического мониторинга первого и второго уровня. В соответствии с письмом ФБУ “Авиалесоохрана” регионам рекомендовалось в качестве зон контроля выделять зоны космического мониторинга второго уровня. На практике, учитывая другие механизмы принятия решений (индивидуально по каждому лесному пожару), часть субъектов Российской Федерации расширили географию зон контроля, стараясь получить большую гибкость в организации работ по тушению (новые границы изображены на рис. 2). Потом остро встал вопрос о необходимости разработки критериев отнесения территорий к зонам контроля лесных пожаров, а также разработки методических указаний по принятию решений о целесообразности прекращения или приостановки работ по тушению лесного пожара в этих зонах. Такие работы планируется завершить в 2019 г.

Рис. 2.

Лесопожарное зонирование территории России по состоянию на 2018 г. (1 – зона контроля)

ТЕКУЩИЕ ЗАДАЧИ ИСДМ-РОСЛЕСХОЗ

При сложившейся системе охраны лесов (по состоянию на 2018 г.) можно выделить основные задачи, которые позволяет решать система:

1. Мониторинг пожарной опасности в лесах и лесных пожаров:

− обеспечение регионов сведениями о пожарной опасности в лесах;

− обнаружение лесных пожаров (особенно в зоне контроля);

− мониторинг и прогнозирование распространения крупных лесных пожаров;

− обеспечение лесопожарных служб комплексной информацией дистанционного мониторинга и инструментами для ее анализа.

2. Контроль организации охраны лесов в регионах:

− оценка достоверности сведений о пожарной опасности в лесах;

− контроль профилактических выжиганий;

− информационное обеспечение контрольно-надзорных мероприятий.

3. Формирование однородной и объективной информации о лесных пожарах и их последствиях для:

− подготовки сведений о лесных пожарах для Единой межведомственной информационно-статистической системы (ЕМИСС);

− подготовки сведения о лесных пожарах для включения формы 7-ОИП (отчетность регионов об исполнении лесных полномочий в части возникших лесных пожаров);

− проверки информации, поступающей в государственный лесной реестр.

Особо отметим, что наличие в ИСДМ-Рослесхоз модуля прогнозирования развития лесного пожара (Хвостиков и др., 2012; Хвостиков, Барталев, Лупян, 2016) и методов оценки последствий воздействия лесных пожаров (Стыценко и др., 2013; Барталев и др., 2005b, 2010, 2014, 2015, 2016, 2017; Стыценко и др., 2016) позволят получать объективную информацию для принятия решения о целесообразности или нецелесообразности организации тушения лесного пожара, особенно когда он находится на удаленной и труднодоступной территории. Возможные схемы реализации такого подхода представлены в ряде публикаций (например, (Лупян и др., 2016)).

Следует также иметь ввиду, что задачи ИСДМ-Рослесхоз постоянно корректируются с учетом изменений нормативной правовой базы, различных административно-организационных факторов, новых технических и технологических возможностей.

Заключение. Более чем десятилетний опыт эксплуатации ИСДМ-Рослесхоз, ее постоянные модернизация и развитие позволяет системе эффективно решать текущие задачи, связанные с мониторингом природных пожаров на территории России и организацией охраны лесов от пожаров. В настоящее время ИСДМ-Рослесхоз является единственной в России комплексной системой федерального уровня, обеспечивающей информационную поддержку принятия управленческих решений в области охраны лесов от пожаров. Следует отметить, что сегодня в системе используются как новейшие возможности спутниковых систем ДЗЗ, так и последние технологические разработки в области создания информационных систем дистанционного мониторинга. В частности, ИСДМ-Рослесхоз обеспечивает возможности не только обнаружения, мониторинга и прогнозного моделирования развития очагов горения, но позволяет оценивать повреждения и гибель лесов от пожаров с оценкой потерь лесных ресурсов. Это достигается, в том числе, за счет ежегодной актуализации в системе картографической информации о пространственном распределении на территории России различных типов покрытых и непокрытых лесом земель, преобладающих древесных пород и запасов стволовой древесины в лесах. По мнению авторов это позволяет рассматривать ИСДМ-Рослесхоз в качестве перспективной технологической платформы для создания комплексной системы дистанционного мониторинга лесных ресурсов России, которая может быть создана в ближайшие годы на основе современных методов и технологий спутникового мониторинга лесов. Возможность создания такой системы достаточно наглядно продемонстрирована при реализации региональных систем дистанционного мониторинга (например, (Лупян и др., 2016)).

Подготовка статьи выполнена при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России: соглашение 05.577.21.0294 “Разработка технологий автоматизированной обработки спутниковых данных дистанционного зондирования Земли для создания и поддержки информационных сервисов мониторинга лесных ресурсов и охотничьих угодий России”, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57718X0294.