Современные инструментальные средства и информационные технологии мониторинга северных оленей 1 Зеленцов В.А., 2 Колпащиков Л.А., 3 Лавриненко И.А., 1 Михайлов В.В., 1 Потрясаев С.А. 1 Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН 2 ФГБУ «Заповедники Таймыра» 3 Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН

Мониторинг представляет собой комплексную систему наблюдения, оценки и прогноза изменения состояния некоторого объекта или процесса. Северные олени: Оценка численности, половозрастной и пространственной структуры популяции (места отела, размещение на сезонных пастбищах, пути и сроки миграций) Оценка состояния пастбищ, Оценка антропогенных воздействий, Оценка влияния погодно-климатических факторов, и другие. Задачи мониторинга

Учет 2003 г., использованы 2 самолета АН-2

Учет 2009 г., использованы самолеты АН-2 и ЧЕ-25

Использование специальных аэрофотосъемочных самолетов. Самолет АН-26БРЛ Арктика. Оснащен люками для установки аппаратуры (тепловизоры, цифровые фото и кинокамеры) и блистерами для визуальных наблюдений. Данные с точной географической привязкой фиксируются в памяти бортового компьютера. Время нахождения в воздухе – порядка 9 часов. Дальность полета 3200 км, высота от 100 до 6000 м., скорость км/ч. Экипаж 8 человек. Аналогичен по характеристикам аэрофотосъемочный самолет АН-30Д. Использование легких самолетов-амфибий С-12 Орион Достоинства – удобство эксплуатации, возможность установки аэросъемочной аппаратуры, базирование на водоемах, экономичность, дальность полета до 1000 км

Беспилотные летательные аппараты Дозор-2 («Транзак»). Дозор-2 («Транзак»). Масса 38 кг, полезная нагрузка 8 кг, скорость км/час, радиус действия 1200 км. Масса 38 кг, полезная нагрузка 8 кг, скорость км/час, радиус действия 1200 км. Цифровые фотокамеры, видеокамеры, ИК – системы. Цифровые фотокамеры, видеокамеры, ИК – системы. Бортовой накопитель на 30 часов, радиолиния связи. Бортовой накопитель на 30 часов, радиолиния связи. Автомобильный центр управления, комплекс из 3 БПЛА Автомобильный центр управления, комплекс из 3 БПЛА Беркут («Туполев») Беркут («Туполев») Масса 180 кг, полезная нагрузка 40 кг, скорость км/час, радиус действия 1000 км Масса 180 кг, полезная нагрузка 40 кг, скорость км/час, радиус действия 1000 км Теле и ИК – камеры, датчики, радиолиния связи. Теле и ИК – камеры, датчики, радиолиния связи. GeoScan-200 (Компания «Геоскан», , Санкт-Петербург, Шателена 26а, ) GeoScan-200 (Компания «Геоскан», , Санкт-Петербург, Шателена 26а, ) Масса 5 кг, полезная нагрузка 1 кг, скорость км/час, время полета 3 часа. Масса 5 кг, полезная нагрузка 1 кг, скорость км/час, время полета 3 часа. Запуск с катапульты, приземление с парашютом, электродвигатель Запуск с катапульты, приземление с парашютом, электродвигатель Площадь съемки 30 кв. км (10 см/пиксель), фотокамера DSC-RX1 (тепловизор, видеокамера) GPS – приемник геодезический L1, автоматическая прокладка маршрута. Площадь съемки 30 кв. км (10 см/пиксель), фотокамера DSC-RX1 (тепловизор, видеокамера) GPS – приемник геодезический L1, автоматическая прокладка маршрута.

Инвентаризация стад с использованием спутниковых средств дистанционного зондирования Примеры использования: мониторинг популяции гренландских тюленей в Белом море, спутниковая съемка стад домашних оленей на территории оленеводческой общины «Сузун» (левобережье Енисея) - апрель 2011 г., ИТС «СКАНЕКС», проект «Олени». Для инвентаризации стад диких северных оленей в летний период требуется разработка специальной методики и ее апробация. Сложность решения задачи: большая территорией вероятного размещения животных и необходимость целеуказания, необходимостью применения космоснимков высокого разрешения, облачность около 8 баллов в летний период в местах летних пастбищ.

Фиксация оленей с использованием тепловизоров Одноканальный тепловизор «Малахит». Прибор работает в диапазоне мкм, с температурным разрешением не хуже 0,2ºС (на фоне 20ºС, при высоте 500 м и соотношении сигнал-шум 1:1), поле м обзора 120º. Необходима разработка и апробация методики использования тепловизоров в условиях летней тундры (низкая тепловая контрастность и тепловые помехи) при высокой активности животных (образовани тепловых следов от бегущих оленей).

Использование спутниковых радиоошейников для наблюдением за миграциями животных и выявления мест вероятного размещения группировок оленей на летних, зимних пастбищах и на местах отела Использование спутниковых радиоошейников для наблюдением за миграциями животных и выявления мест вероятного размещения группировок оленей на летних, зимних пастбищах и на местах отела

Картирование оленьих пастбищ и оценка их состояния с использованием методов наземного и космического зондирования Разработана и апробирована технология геоботанического картирования растительного покрова с использованием многозональной космической съемки, которая позволяет оперативно оценить состояние оленьих пастбищ - деградацию, выбивание, отравянивание, техногенные нарушения. За основу оценки продуктивности оленьих пастбищ взят вегетационный индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). За основу оценки продуктивности оленьих пастбищ взят вегетационный индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Индекс определяется с использованием каналов видимой красной (К) и ближней инфракрасной части спектра (ИК) пикселей спутникового снимка. С этой целью для каждого пиксела снимка проводится расчет отношения разности значений спектральной яркости к их сумме: NDVI = (ИК-К)/(ИК+К).

Сезонные показатели вегетационного индекса (NDVI) для оленьих пастбищ Югорского полуострова

Спектральные сигнатуры осоковоых и осоково-моховых гигрофильных сообществ (сверху) и крупнополигональных комплексов с кустарничково- лишайниковыми тундрами на буграх-полигонах (внизу).

Спутник (аппаратура ДЗЗ) Каналы, используемых для анализа растительного покрова, и их пространственное разрешение, м Полоса обзора, км Повторяемость съемки одной территории, сут. синийзеленыйкрасныйближний ИК Landat 4 (TM)30 170*18516 Landat 5 (TM)30 170*18516 Landat 7 (ETM+)30 170*18516 Landat 8 (OLI)30 170*18516 UK-DMC *6005 SPOT 6& *601-3 QuickBird Pleiades WorldView Основные характеристики аппаратуры спутников ДЗЗ, используемых для анализа растительного покрова

Оценка влияния погодно-климатических факторов на северных оленей Разработана методика определения зооклиматической структуры ареала и границ благоприятных для существования оленей термонейтральных зон с использованием модели теплового баланса животного. Разработана методика определения зооклиматической структуры ареала и границ благоприятных для существования оленей термонейтральных зон с использованием модели теплового баланса животного. В качестве показателя напряженности воздействия погодно-климатических условий на организм оленя принята нормированная величина обобщенного теплового сопротивления тела животного В качестве показателя напряженности воздействия погодно-климатических условий на организм оленя принята нормированная величина обобщенного теплового сопротивления тела животного K=(R-Rmin)/(Rmax-Rmin), K=(R-Rmin)/(Rmax-Rmin), где R – обобщенное тепловое сопротивление тела, рассчитываемое на модели при тех или иных значениях погодно-климаических факторов где R – обобщенное тепловое сопротивление тела, рассчитываемое на модели при тех или иных значениях погодно-климаических факторов В пределах ТНЗ: 0

Построение зооклиматических полей ареала и границ термонейтральных зон Источники данных: метеостанции, метеоспутники, климатические модели Модель теплового баланса северного оленя Подготовка исходных данных для моделирования Зоо- климатические поля ареала Расчет напряженности воздействия погодно- климатических условий на оленей в локальных точках ареала Построение полей и границ термонейтральных зон с использованием ГИС-технологий

Поля напряженности и положение границы зон перегрева для взрослых самцов и телят в положении «отдых стоя» в июле при нормальных погодных условиях 1986 г. и при повышении температуры на 2 градуса.

Основой создаваемой системы мониторинга является сервисная шина хранящая информацию о всём имеющемся в распоряжении модельно- алгоритмическом обеспечении (модели и алгоритмы мониторинга, прогнозирования и поддержки принятия решений) реализованном в виде отдельных слабо связанных программных модулей. В состав указанной информации наряду с техническими данными включены качественные характеристики модулей. С использованием данной информации сервисная шина, реализуя различные интеллектуальные алгоритмы, синтезирует конкретную технологию мониторинга в заданной предметной области по функциональной схеме, сформулированной конечным пользователем. Интегрированная система мониторинга

Датчики типа 2 Датчики типа 1 Аэрокосмические средства ДЗЗ Обработка данных Первый образ объекта Второй образ объекта Трерий образ объекта Объект мониторинга Лица, принимающие решение Традиционная система мониторинга управляющее воздействие

Датчики типа 2 Датчики типа 1 Датчики типа 3 Объект мониторинга обоснованное управляющее воздействие Целостный образ объекта Модели поддержки принятия решений Унифицированные средства обработки База знаний Интегрированная система мониторинга Лицо, принимающее решение

Контактная информация Зеленцов Вячеслав Алексеевич Зеленцов Вячеслав Алексеевич Колпащиков Леонид Александрович Колпащиков Леонид Александрович Лавриненко Игорь Анатольевич Лавриненко Игорь Анатольевич Михайлов Владимир Валентинович Михайлов Владимир Валентинович Потрясаев Семен Алексеевич Потрясаев Семен Алексеевич