Егорьевский контрольный участок

(Московская область)

Исследование (3) – Анализ изменений в лесах

Введение

В рамках исследований первого этапа подгруппы по изучению лесного хозяйства рабочей группы по охране окружающей среды Российско-Американской комиссии по экономическому и технологическому сотрудничеству предусмотрено создание карты антропогенных изменений лесного покрова на контрольный участок в Егорьевском лесхозе Московской области с использованием рассекреченных систем национальной безопасности и информации гражданских спутниковых систем. В настоящем документе приводится информация об использованных спутниковых данных, методических подходах к их обработке применительно к названной выше задаче, а также основных типах выявленных изменений леса.

Спутниковые данные.

Для выявления изменений леса на тестовом участке был использован следующий набор спутниковых изображений:

• разновременные изображения Landsat-TM, полученные 28 мая 1986 и 6 июня 1995;

• изображения SPOT, полученные 30 июля 1994 одновременно в режимах XS и PAN;

• рассекреченное фотоизображение DISP, полученное системой национальной безопасности США 5 мая 1972 (идентификатор DS1116-2251DF039).

Обработка спутниковых данных.

Для выявления изменений леса применялись различные подходы в зависимости от использованных комбинаций совместно обрабатываемых спутниковых изображений. В настоящей работе были использованы следующие варианты:

• совместная обработка разновременных изображений Landsat-TM;

• совместная обработка разновременных изображений SPOT и DISP.

В пользу выбора именно этих комбинаций спутниковых изображений может быть приведена следующая аргументация:

• совместное использование разновременных изображений Landsat-TM, как изображений полученных датчиком одного типа, позволяет применять метод поканальных разностей, который обеспечивает достаточно высокую чувствительность к величине и типам изменений леса, а также допускает последующий количественный анализ степени изменений;

• совместное использование изображений SPOT и DISP целесообразно в виду их наибольшей близости по величине пространственного разрешения в доступном наборе типов данных.

Обработка разновременных изображений Landsat-TM

Выявление изменений в лесу по разновременным изображениям Landsat-TM выполнялось на основе поканальных разностей с использованием некоторой модифицикации метода, описанного в статье “Monitoring by Change Detection in three Different Forest Environments”, подготовленной авторами Барталевым С.А. (Россия), Мишелем Дэ (Франция) и другими.

По результатам анализа и выборочного полевого обследования участков радиометрических изменений между разновременными изображениями Landsat-TM были выявлены следующие типы изменений леса на тестовом участке:

• свежие вырубки и вырубки в стадии возобновления;

• динамика роста насаждений на вырубках с увеличением хвойных пород в составе верхнего яруса;

• изреживание насаждений по различным природным и антропогенным причинам.

В результате выявления изменений было сформировано в картографическое покрытие ГИС (рисунок 1), которое в дальнейшем использовалось для подготовки выборочных площадок для детальной их оценки по данным систем национальной безопасности.

Обработка разновременных изображений DISP и SPOT.

 Предварительная обработка.

Предварительная обработка спутниковых изображений DISP и SPOT выполнялась в следующей последовательности:

• слияние изображений SPOT, полученных в режимах PAN и XS для получения многоспектрального изображения с пространственным разрешением 10 метров;

• трансформирование изображения SPOT в систему координат топографической карты (RMS ошибка регистрации составила около 6 метров);

• преобразование негатива фотоизображения DISP в цифровую форму с последующей инверсией для получения позитивного изображения;

• трансформирование цифрового изображения DISP в систему координат топографической карты по выбранным на изображении SPOT опорным точкам (пространственное разрешение трансформированного изображения DISP было выбрано 10 метров, а RMS ошибка регистрации составила 13.5 метров).

 Обнаружение изменений леса.

Для выявления изменений леса по разновременным изображениям был выбран подход, основанный на совместном использовании двух известных методов, а именно метода совместной классификации и метода цветового синтеза (visual stacking method) разновременных изображений.

Цветовой синтез разновременных изображений был выполнен в следующей комбинации:

DISP - красный канал (red);

SPOT PAN - зеленый канал (green);

SPOT PAN - синий канал (blue).

Эта цветовая комбинация позволяет по цвету и его интенсивности выявить участки изменений, связанные с вырубкой леса и динамикой лесовосстановления на вырубках в зависимости от времени рубки.

Совместная классификация разновременных изображений SPOT XS и DISP выполнялась методом кластерного анализа с использованием алгоритма ISODATA. Идентификация и отбор кластеров, соответствующих участкам изменений леса, выполнялись путем их сопоставления с результатами цветового синтеза разновременных изображений. Соответствующие участкам изменений леса кластеры были отобраны и сгруппированы в следующие тематические классы:

• динамика роста насаждений на вырубках, состоявшихся до 1972 года;

• динамика роста насаждений на вырубках, состоявшихся в период с 1972 по 1994 годы;

• свежие вырубки и вырубки в стадии лесовосстановления, состоявшихся в период с 1972 по 1994 годы.

По изображениям SPOT XS, в обнаруженных участках изменений, был выполнен подпиксельный анализ с разделением площади каждого пиксела на следующие три компоненты: хвойные насаждения, лиственные насаждения и открытые участки напочвенного покрова.

В результате выявления изменений было сформированы в картографические покрытия ГИС с содержанием вышеперечисленных продуктов (рисунок 2), которые в дальнейшем использовались для подготовки выборочных площадок для детальной их оценки по данным систем национальной безопасности.

Выбор тестовых площадок для детальной оценки ситуации по данным систем национальной безопасности.

Выбор контрольных участков из всей совокупности обнаруженных изменений осуществлялся поэтапно с привлечением различной информации об их состоянии. На первом этапе был проведен детальный ГИС анализ полученных продуктов по данным гражданских спутниковых систем и данным последнего лесоустройства. В результате было отобрано 12 контрольных участков (рисунок 3) с различными видами изменений в лесах. В дальнейшем было проведено полевое обследование этих участков с привлечением спектрозональных аэрофотоснимков 1987 - 89 годов.

Сравнение результатов интерпретации изменений с использованием средств национальной безопасности с данными полевого обследования.

В таблице 1 приводится сравнительная характеристика изменений, произошедших на контрольных участках.

ТАБЛИЦА 1. Характеристика участков изменений.

Возврат на главную страницу