В соответствии с [2] в пределах полосы отвода железной дороги необходимо осуществить вырубку кустарника и покос травяной растительности для исключения ухудшения видимости сигнальных и путевых знаков, а также светофоров. Кроме того, в пределах полосы отвода железной дороги должна быть убрана сухостойная растительность, а также спилена древесно-кустарниковая растительность, угрожающая своим падением на железнодорожный путь, а также линии связи и линии электроснабжения.

Также полоса отвода должна быть очищена от валежника и образующихся при выполнении работ порубочных остатков, а также старогодных материалов и таких возможных отходов производства, как шпалы, элементы скреплений и т.п., при этом указанные материалы должны вывозиться с полосы отвода.

Рисунок 1. Удаление растительности с привлечением работников
Дирекции инфраструктуры

Особенностями выполняемых работ является то, что перед их проведением желательно осуществить обследование предполагаемого к очистке участка полосы отвода на предмет наличия нежелательной растительности, при этом целью указанного обследования является выявление характеристик данной растительности для предварительного обоснования технологической схемы (метода и средств) ее удаления.

К настоящему времени разработано несколько методов обследования участков поверхности [1], на которых возможно произрастание желательной (или – нежелательной) растительности, при этом к одним из традиционных (хотя – и несколько трудозатратных) методов [3, 6] относится метод таксационного обследования.

Сущность указанного метода заключается в том, что на участке, заросшем растительностью (в данном случае – в полосе отвода железной дороги, рис. 2), выполняется определение ряда характеристик указанной растительности, при этом такое определение нередко сопровождается вычислением статистических параметров полученного распределения данных.

В соответствии с действующей в настоящее время Инструкцией по текущему содержанию земельных участков полосы отвода и охранных зон, защитных лесонасаждений, озеленения и благоустройства, а также борьбы с нежелательной растительностью, утверждённой 22 марта 2019 г. [2], подобного рода обследования должны проводится и на инфраструктурных объектах железнодорожного транспорта, при этом анализ вышеуказанной Инструкции позволяет отметить нам следующие её достоинства и недостатки.

Рисунок 2. Заросшая полоса отвода железной дороги

Так, в соответствии с данной Инструкцией, ежегодно при плановых осмотрах полосы отвода железной дороги работниками ОАО «РЖД» должны отмечаться участки, на которых требуется выполнить ограничение роста или полное удаление как древесно-кустарниковой, так и травянистой растительности, однако при этом не указывается, что именно можно отнести к древесно-кустарниковой растительности, которая может различаться как по породному составу, так и по геометрическим характеристикам (например, произрастать в виде высокого и раскидистого куста или в виде одинокой и невысокой при этом поросли).

Несомненным достоинством рассматриваемой Инструкции является приведение в ней Ведомости учета древесно-кустарниковой растительности (форма 1, рис. 3) и Ведомости учета травяного покрова (форма 2, рис. 4):

Рисунок 3. Ведомость учета древесно-кустарниковой растительности

Рисунок 4. Ведомость учета травянистой растительности

В указанную ведомость заносится, например, левая и правая стороны полосы отвода дороги с указанием направления движения (прямое – обратное), при этом в случае различной степени заросшести полосы отвода данные стороны учитываются раздельно, а в случае, если они примерно одинаковы, выполняют одну запись, при этом вторая сторона отмечается знаком « – // -».

К достоинствам вышеуказанной Инструкции можно отнести то, что она предусматривает необходимость указания адреса обследуемого участка с отметками его начала и конца с привязкой к километровым столбам, однако отметим при этом, что указанные отметки не всегда видны «в натуре» ввиду их заросшести нежелательной растительностью, что не уменьшает впрочем необходимости их выявления.

При проведении обследования участок полосы отвода разбивается на более мелкие участки, однородные по породному составу растительности, а также так называемой «сомкнутости». Под сомкнутостью древесно-кустарниковой растительности (ДКР) в рассматриваемой Инструкции понимается проективное покрытие почвы проекциями крон ДКР в процентах или в долях от 1,0. Однако нам представляется неверным термин «проективное» покрытие ввиду того, что в соответствии с целым рядом нормативных документов ОАО «РЖД» растительности в полосе отвода железных дорог быть не должно, а из этого следует, что покрытие нежелательной растительностью может быть лишь «непроективным». Указанная сомкнутость в соответствии с Инструкцией определяется при полном облиствении в летнее время, при этом указывается как минимальная, так и максимальная степень сомкнутости для каждого выделенного участка. При всей положительности указанного подхода нельзя тем не менее не отметить возможность проведения таксационного обследования полосы отвода как в весеннее время (при условии облиствения растительности), так и в раннее осеннее (при условии наличия сохранившейся на растительности листвы).

К недостаткам рассматриваемой Инструкции несомненно относится цель определения сомкнутости растительности, а именно: для определения степени проникновения распыленной струи гербицида в кроны ДКР, из чего следует вывод, что никакого другого метода удаления древесно-кустарниковой растительности, кроме как химический, Инструкция фактически не предусматривает, что является на наш взгляд неверным ввиду существования различных механических и комбинированных методов удаления растительности.

Отдельно отметим выделенную в рассматриваемой инструкции рекомендацию к определению всех параметров «глазомерно». Для определения породного состава это вполне допустимо (при условии наличия квалифицированного специалиста, способного выявить колебания доли участия преобладающих пород до 5 единиц), при этом состав ДКР в Инструкции рекомендовано записывать общепринятой формулой, в которой перед заглавными буквами, обозначающими конкретный вид (Б – береза, И – ива, Л – липа, Ос – осина, С – сосна, Т – тополь, Я – яблоня и т.д.) указывается доля его участия в долях от 10 (например, 6Б 30 1Ив). Однако для других характеристик нежелательной растительности такое «глазомерное» их определение может привести к большим погрешностям в итоговом результате, а именно: в определении степени зарастания полосы отвода (параметр, необходимость наличия которого на наш взгляд в вышеуказанной Ведомости неоспорима) и, как следствие, в назначении сроков воздействия на растительность на территории обследованного участка.

С учетом вышеизложенного, отметим, что существующая методика обследования растительности в полосе отвода железных дорог нуждается в существенной доработке с изменением подходов как к применяемой терминологии, так и к показателям.

(Normalized Difference Vegetation Index). Этот индекс стал наиболее распространенным в настоящее время. С развитием технологий ДЗЗ вегетационные индексы стали широко использоваться для анализа состояния растительного покрова и оценки продуктивности сельского хозяйства, лесного хозяйства, а также для мониторинга изменений климатических условий и экосистем. Понятие вегетационного индекса можно сформулировать следующим образом: Вегетационный индекс – численный показатель, который характеризует состояние растительного покрова. Он рассчитывается на основе информации, полученной с помощью спутников, летательных аппаратов или других средств дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Он рассчитывается на основе информации, которая была получена с помощью спутников, летательных аппаратов и других средств дистанционного зондирования Земли. Основная идея в использовании вегетационных индексов, заключается в том, что при выполнении математических вычислений c различными спектральными диапазонами. Стоит отметить что все вегетационные индексы были получены преимущественно эмпирическим путем, а также то, что большинство индексов используют соотношение значений в красном и ближнем инфракрасном диапазонах [1].

ВИ имеют широкое применение в самых различных областях, области применения представлены на рис. 1. В области сельского хозяйства используются для оценки состояния растительности на полях, оценки урожайности, определения потребности в удобрениях. В области лесного хозяйства ВИ могут быть использованы для оценки состояния лесного покрова [2], определения запасов древесины, мониторинга лесных пожаров, мониторинга болезней леса и влияния вредителей. В области охраны окружающей среды ВИ используются при мониторинге загрязнений воздуха, определении зон экологического риска, контроле изменений климата. В геологии могут быть использованы при поиске залежей полезных ископаемых и оценки минеральных ресурсов. В геодезии могут быть использованы для создания карт высот и оценки неровностей поверхности [3]. В гидрологии могут находят применение при мониторинге уровня воды в реках, оценке качества водных ресурсов.

Рисунок 1. Области применения вегетационных индексов

Однако стоит отменить, что вегетационные индексы имеют более широкое применение при анализе поверхности с растительностью они более востребованы в областях сельского и лесного хозяйства.

ВИ можно классифицировать по множеству параметров в рамках данной статьи рассмотрим следующие типы классификаций: по типу анализируемой поверхности, по способу построения, по типу минимизирующего фактора, по применению. Схема, отражающая классификацию ВИ представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Классификация вегетационных индексов

По типу поверхности, которая анализируется ВИ делятся на индексы, оценивающие состояние растительного покрова на суше (NDVI, EVI, SARVI) и индексы, относящиеся к водным объектам (водный индекс процессов, рассеянного света, отражения, их соотношений). По способу построения можно разделить на индексы, основанные на сравнении сигналов двух или нескольких каналов (например, NDVI) и основанные на нескольких каналах, при этом используются также радиометрические и геометрические корректировки (например, EVI). По применению можно разделить на индексы для оценки состояния растительности на отдельном участке (LAI, CI) и индексы для анализа динамики растительного покрова по времени (TVI, PRI). По типу минимизирующего эффекта можно разделить на индексы минимизирующие влияние почвы (SAVI) и индексы минимизирующие влияние атмосферы (ARVI) [4].
Далее будут рассмотрены подробно самые часто используемые вегетационные индексы.
Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) – вегетационный индекс, определяющий наличие растительной массы на некотором участке на определенном участке поверхности земли [5]. NDVI описывает соотношение между инфракрасной и видимой энергией (красный канал), которую отражает поверхность Земли, для измерения плотности растительности. NDVI рассчитывается по следующей формуле:

 (1)

Где NIR это значение в ближнем инфракрасном диапазоне, а RED значение в красном канале. Данный индекс может принимать значения в диапазоне от -1 до 1. Значение, приближенные к -1 отражают несуществующую растительную массу, 0 – нулевое наличие растительности, а значения ближе к 1 указывают на высокую плотность растительности. Основные области применения: мониторинг и прогнозирование зеленой растительной массы на земле, оценка качества почвы, оценка урожая.
Далее будет рассмотрен EVI (Enhanced Vegetation Index) – это ВИ, который используется для оценки здоровья и плотности растительности, разработанный разработан для улучшения показателей, получаемых с помощью (NDVI). EVI учитывает влияние атмосферной коррекции, с помощью которой удаляются атмосферные частицы, что позволяет улучшить точность оценки плотности растительности.
EVI рассчитывается, используя данные в трех диапазонах световых длин волн: красный (RED), ближний инфракрасный (NIR) и синий (BLUE). Формула расчета EVI выглядит следующим образом [6]:

 (2)

EVI используется для мониторинга растительных поверхностей и для мониторинга важных агрокультурных видов, таких как пшеница, кукуруза и соя.
Далее будет рассмотрен Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI). Он является модификацией NDVI, но при этом учитывает влияние почвы является более точным для оценки зеленой растительной массы при наличии высокой влажности почвы или песчаной почвы. Он может быть рассчитан по формуле:

 (3)

где NIR - индекс ближней инфракрасной зоны, RED - красный индекс, L - постоянный параметр, который исключает выделение изображений (L > 0,5). Значения SAVI могут быть в диапазоне от -1 до 1. Значение 0 отражает нулевое наличие растительности, а значения ближе к 1 указывают на высокую плотность растительной массы. SAVI применяется для раннего обнаружения заболеваний растений, оценки качества почвы, планирования сельскохозяйственных угодий, для мониторинга экосистем и ресурсов, таких как водоемы, солнечные панели и заболоченные земли.
Далее будет рассмотрен Leaf Area Index (LAI) – это индекс, определяющий количество и плотность листьев на поверхности растительности. LAI может быть рассчитан как отношение общей поверхности листьев к площади земли под ними. LAI оценивается в диапазоне от 0 (отсутствие листовой поверхности) до 6-7 (в густых тропических лесах) и находится как отношение общей поверхности листьев к площади земли под ними. LAI показывает, насколько плотно растения покрывают землю [7]. Основные областями применения являются: моделирование фотосинтеза, гидрологических и биогеохимических циклов и других экологических процессов, а также мониторинг и планирование экосистем с целью оптимизации производства и управления ресурсами.
Таким образом в рамках данной статьи были рассмотрено понятие вегетационных индексов, их основные области применения, классификация, были рассмотрены некоторые часто применяемые на практике ВИ, такие как NDVI, EVI, SAVI, LAI.