Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год

(http://smiswww.iki.rssi.ru/d33_conf)

Анализ пожароопасности осушенных торфяных болот

Медведева М.А. (1), Возбранная А.Е. (2), Сирин А.А. (1), Маслов А.А. (1)
(1) Институт лесоведения РАН, село Успенское, Россия
(2) Национальный парк «Мещера», Гусь–Хрустальный, Россия
Значительная часть болот, особенно в центре европейской территории России, была осушена для ведения сельского и лесного хозяйства, освоена и изменена в результате воздействия человека. Одно из наиболее сильных антропогенных воздействий было связано с освоением болот для добычи торфа (Сирин и др., 2011; Суворов и др., 2015), многие из которых были заброшены начиная с 1990х годов без рекультивации.
Неиспользуемые торфоразработки отличаются значительными размерами и труднопроходимостью, осложняющими наземное картографирование, а для их растительного покрова характерны мозаичность и разнонаправленная динамика из-за чувствительности к погодно-климатическим условиям и периодического воздействия торфяных пожаров (Медведева и др., 2016; 2017).
Осушенные торфяники и возникающих на них пожары являются одним из существенных антропогенных источников поступления парниковых газов в атмосферу (Сирин и др., 2011; Sirin et al., 2014). Наиболее эффективный путь снижения пожарной опасности таких земель, при отсутствии оснований возвращения их в хозяйственный оборот, – обводнение и искусственное заболачивание. Учитывая масштаб проблемы, требуется определение приоритетных объектов для обводнения, а также организации дальнейшего мониторинга для анализа эффективности предпринятых мер.
Для таких задач наиболее целесообразно использовать охватывающие достаточно большую площадь космические снимки оптического диапазона, которые стали незаменимым инструментом оценки состояния растительного и земельного покровов Земли (Барталев и др., 2008; Жирин и др., 2017; Кравцова, Лошкарева, 2013; Медведева и др., 2010; 2011б и др.).
На примере Национального парка «Мещера» (Владимирская область) с использованием спутниковых данных приборов Landsat-7, Landsat-8 и Sentinel-2 проводилось сравнение результатов обработки снимков в двух программных продуктах: Erdas Imagine и ScanEx Image Processor (SIP). Исходя из предшествующего исследования (Медведева и др., 2011а), метод классификации с обучением минимального расстояния и данные Landsat-5/7 были определены как базовые и приемлемые для решения поставленных задач. Сравнивались возможности классификаторов с обучением минимального расстояния, с использованием деревьев и нейронных сетей и объектно-ориентированного подхода на базе данных 2013 Landsat-7 ETM+.
Для оценки точности результатов классификации систематическим отбором с шагом 100 м в рамках указанных объектов был сформирован набор проверочных участков (20×20 м): 480 для 2013 года и 419 для 2016 года. Они равномерно охватывали все рассматриваемые классы растительного покрова. Результаты классификации оценивалось с использованием полных матриц ошибок (Sirin et al., 2018).
Близкий и хороший результат общей точности классификаций (95%) показали методы минимального расстояния и объектно-ориентированный. Методы классификации при использовании нейронов и деревьев с соответствующими точностями классификаций 89% и 81% показали их недостаточный потенциал для решения задач мониторинга состояния заброшенных торфоразработок с необходимой степенью детализации. Объектно-ориентированный метод с интерактивной классификацией пакета SIP представил хорошую возможность перехода с метода минимального расстояния пакета Erdas для решения поставленных задач (Sirin et al., 2018).
Точность выделения рассматриваемых классов земного покрова анализировалась за 2016 год для наборов данных Landsat-8 и Sentinel-2 с использованием двух методов классификации объектно-ориентированного SIP и Erdas – минимальное расстояние. Получена достаточно высокая и близкая общая точность всех четырех методов сравнения. Можно отметить наиболее высокую точность данных Sentinel-2 методом минимального расстояния (97%), далее с близкой общей точностью (95%) идут Sentinel-2 с объектно-ориентированным методом и Landsat-8 с методом минимального расстояния, и завершает группу результат данных Landsat-8 с объектно-ориентированным методом (94%). Полученные результаты подтверждают более высокую точность классификации данных Sentinel-2 с более высоким пространственным разрешением (10-20 м) по сравнению с Landsat-7 (30 м). Подтверждается также заключение о том, что объектно-ориентированный метод с интерактивной классификацией пакета SIP представляет хорошую возможность перехода с метода минимального расстояния пакета Erdas для проведения анализа данных в рамках поставленной задачи (Sirin et al., 2018).
Работа выполнена при поддержке Российско-германского проекта «Восстановление торфяных болот в России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменений климата», финансируемого в рамках Международной климатической инициативы Федеральным министерством окружающей среды, охраны природы, строительства и безопасности ядерных реакторов ФРГ (проект № 11 III 040 RUS K Восстановление торфяных болот).


ЛИТЕРАТУРА
Барталев С.А., Жижин М.Н., Лупян Е.А., Матвеев М.Ю., Матвеев А.М., Медведева М.А., Савин И.Ю., Толпин В.А. Возможности исследований влияния изменений климата на состояние растительного покрова: концепция проекта CLIVT // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сборник научн. статей. М.: ООО «Азбука–2000», 2008. Вып. 5. Т. II. С. 272–278.
Жирин В.М., Эйдлина С.П., Князева С.В., Золина Т.А. Возможности использования материалов космической съемки Landsat для лесоинвентаризации резервных лесов Севера-Востока страны // Леса России: политика, промышленность, наука, образование. 2017. С. 42–44.
Кравцова, В.И., Лошкарева А.Р. Динамика растительности зкотона тундра-тайга на Кольском полуострове в связи с климатическими колебаниями // Экология. 2013. № 4. С. 275–283.
Медведева М.А., Савин И.Ю., Барталев С.А., Лупян Е.А., Исаев В.А. О некоторых факторах многолетней динамичности растительности пахотных угодий Северной Евразии // Вестник РАСХН. 2010. Вып. 5. С. 36–37.
Медведева М.А., Возбранная А.Е., Барталев С.А., Сирин А.А. Оценка состояния заброшенных торфоразработок по многоспектральным спутниковым данным // Исследование Земли из космоса. 2011а. № 5.С. 80–88.
Медведева М.А., Савин И.Ю., Барталев С.А., Лупян Е.А. Использование данных NOAA–AVHRR для выявления многолетней динамики растительности Северной Евразии // Исследования Земли из космоса. 2011б. № 4. С. 55–62.
Медведева М.А., Сирин А.А., Маслов А.А., Гульбе А.Я., Гульбе Я.И., Валяева Н. А., Цыганова О.П., Глухова Т.В., Возбранная А.Е. Анализ состояния заброшенных торфоразработок и агроценозов по спутниковым и наземным данным. // Изучение, сохранение и восстановление естественных ландшафтов: сборник статей VI Всеросс. с межд. участием научно–практической конф. (26–30 сент. 2016 года). М.: Планета, 2016. С. 243–246.
Медведева М.А., Возбранная А.Е., Сирин А.А., Маслов А.А. Возможности различных многоспектральных спутниковых данных для оценки состояния неиспользуемых пожароопасных и обводняемых торфоразработок // Исследование Земли из космоса. 2017. № 3.С. 76–84. doi:10.7868/S0205961417020051
Сирин А.А., Минаева Т.Ю., Возбранная А.Е., Барталев С.А. Как избежать торфяных пожаров? // Наука в России. 2011. № 2.С. 13–21.
Сирин А.А., Медведева М.А., Возбранная А.Е., Маслов А.А. Космический мониторинг состояния заброшенных и обводняемых торфяников в лесной зоне // Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении, лесном хозяйстве и экологии. М.: ЦЭПЛ РАН, 2016. C. 213–217.
Суворов Г.Г., Чистотин М.В., Сирин А.А. Потери углерода при добыче торфа и сельскохозяйственном использовании осушенного торфяника в Московской области // Агрохимия, 2015. № 11. С. 51–62.
Sirin A., Maslov A., Medvedeva M., Vozbrannaya A., Valyaeva N., Tsyganova O., Glukhova T., Makarov D. Multispectral remote sensing data as a tool for assessing the need and the effectiveness for peatland restoration / The 9th European Conference on Ecological Restoration. (August 3–8, 2014, Oulu, Finland). Abstracts. Tolvanen, A. &Hekkala, A–M. (eds.). 2014. P. 133.
Sirin A., Medvedeva M., Maslov A., Vozbrannaya A. Assessing the Land and Vegetation Cover of Abandoned Fire Hazardous and Rewetted Peatlands: Comparing Different Multispectral Satellite Data // Land. 2018. Vol. 7. № 71. 22 p. doi:10.3390/land7020071.

Ключевые слова: дистанционное зондирование, многоспектральные изображения, торфяные болота, торфяники, торфоразработки, растительный покров, лесоторфяные пожары, Landsat–7, Landsat–8, Sentinel–2.
Литература:
  1. Барталев С.А., Жижин М.Н., Лупян Е.А., Матвеев М.Ю., Матвеев А.М., Медведева М.А., Савин И.Ю., Толпин В.А. Возможности исследований влияния изменений климата на состояние растительного покрова: концепция проекта CLIVT // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сборник научн. статей. М.: ООО «Азбука–2000», 2008. Вып. 5. Т. II. С. 272–278.
  2. Жирин В.М., Эйдлина С.П., Князева С.В., Золина Т.А. Возможности использования материалов космической съемки Landsat для лесоинвентаризации резервных лесов Севера-Востока страны // Леса России: политика, промышленность, наука, образование. 2017. С. 42–44.
  3. Кравцова, В.И., Лошкарева А.Р. Динамика растительности зкотона тундра-тайга на Кольском полуострове в связи с климатическими колебаниями // Экология. 2013. № 4. С. 275–283.
  4. Медведева М.А., Савин И.Ю., Барталев С.А., Лупян Е.А., Исаев В.А. О некоторых факторах многолетней динамичности растительности пахотных угодий Северной Евразии // Вестник РАСХН. 2010. Вып. 5. С. 36–37.
  5. Медведева М.А., Возбранная А.Е., Барталев С.А., Сирин А.А. Оценка состояния заброшенных торфоразработок по многоспектральным спутниковым данным // Исследование Земли из космоса. 2011а. № 5.С. 80–88.
  6. Медведева М.А., Савин И.Ю., Барталев С.А., Лупян Е.А. Использование данных NOAA–AVHRR для выявления многолетней динамики растительности Северной Евразии // Исследования Земли из космоса. 2011б. № 4. С. 55–62.
  7. Медведева М.А., Сирин А.А., Маслов А.А., Гульбе А.Я., Гульбе Я.И., Валяева Н. А., Цыганова О.П., Глухова Т.В., Возбранная А.Е. Анализ состояния заброшенных торфоразработок и агроценозов по спутниковым и наземным данным. // Изучение, сохранение и восстановление естественных ландшафтов: сборник статей VI Всеросс. с межд. участием научно–практической конф. (26–30 сент. 2016 года). М.: Планета, 2016. С. 243–246.
  8. Медведева М.А., Возбранная А.Е., Сирин А.А., Маслов А.А. Возможности различных многоспектральных спутниковых данных для оценки состояния неиспользуемых пожароопасных и обводняемых торфоразработок // Исследование Земли из космоса. 2017. № 3.С. 76–84. doi:10.7868/S0205961417020051
  9. Сирин А.А., Минаева Т.Ю., Возбранная А.Е., Барталев С.А. Как избежать торфяных пожаров? // Наука в России. 2011. № 2.С. 13–21.
  10. Сирин А.А., Медведева М.А., Возбранная А.Е., Маслов А.А. Космический мониторинг состояния заброшенных и обводняемых торфяников в лесной зоне // Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении, лесном хозяйстве и экологии. М.: ЦЭПЛ РАН, 2016. C. 213–217.
  11. Суворов Г.Г., Чистотин М.В., Сирин А.А. Потери углерода при добыче торфа и сельскохозяйственном использовании осушенного торфяника в Московской области // Агрохимия, 2015. № 11. С. 51–62.
  12. Sirin A., Maslov A., Medvedeva M., Vozbrannaya A., Valyaeva N., Tsyganova O., Glukhova T., Makarov D. Multispectral remote sensing data as a tool for assessing the need and the effectiveness for peatland restoration / The 9th European Conference on Ecological Restoration. (August 3–8, 2014, Oulu, Finland). Abstracts. Tolvanen, A. &Hekkala, A–M. (eds.). 2014. P. 133.
  13. Sirin A., Medvedeva M., Maslov A., Vozbrannaya A. Assessing the Land and Vegetation Cover of Abandoned Fire Hazardous and Rewetted Peatlands: Comparing Different Multispectral Satellite Data // Land. 2018. Vol. 7. № 71. 22 p. doi:10.3390/land7020071.

Дистанционное зондирование растительных и почвенных покровов

423