Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 11–15 ноября 2024 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XXII.F.277

Перспективы картографирования болотных комплексов Западной Сибири на основе временных серий данных ДЗЗ и методов машинного обучения

Шинкаренко С.С. (1), Барталев С.А. (1), Дюкарев Е.А. (2), Головацкая Е.А. (2)
(1) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
(2) Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия
В докладе представлены результаты картографирования типов болотных комплексов Томской области по ежедневным данным (Миклашевич и др., 2019) и зимним композитным изображениям при наличии снежного покрова спутниковой системы MODIS (англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) на основе ансамблевого метода машинного обучения Random Forest. Также в качестве признаков использовались цифровые модели рельефа и местности GTOPO30, ASTER (англ. The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer Global Digital Elevation Model) и FABDEM (англ. Forest And Buildings removed Copernicus Digital Elevation Model). Разработанная типология болот учитывает результаты существующих исследований (Барталев и др., 2016; Евсеева и др., 2012; Ильина, 1977; Инишева, 1995; Лисс, 1981; Медведева и др., 2019; Романова и др., 1977; Синюткина, 2017; Терентьева и др., 2020; Dyukarev et al., 2017) и включает три болотных микроландшафта с древесным ярусом (сосново-кустарничково-сфагновое болото – рям, рямово-мочажинный комплекс, древесное кустарничково-мохово-разнотравное болото – согра), один комплексный (грядово-мочажинные и грядово-озерковые комплексы), два открытых (травяно-сфагновая топь, осоково-гипновое болото) и внутриболотные озера. Общая точность классификации составила 0,96, для отдельных типов болотных комплексов полнота их выделения изменяется от 0,66 до 0,99. Всего в Томской области идентифицировано 13,7 млн га, в том числе 9,4 млн га преимущественно открытых. Это соответствует площади болот региона за пределами лесных земель согласно статистическим данным (9,2 млн га). Наибольшую важность при классификации типов болотных комплексов имеют цифровые модели рельефа независимо от пространственного разрешения, данные в периоды наличия и схода снежного покрова, начала и окончания вегетации растительности. Таким образом, временные ряды спутниковых данных и методы машинного обучения могут успешно применяться для картографирования типов болотных комплексов Западной Сибири.

Исследование выполнено при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (проект № 13.2251.21.0179): номер соглашения в ГИИС «Электронный бюджет» 075-15-2022-1229 «Применение технологий высокопроизводительных вычислений и больших данных для совместной разработки экономически эффективных автоматизированных методов широкомасштабного биомониторинга водно-болотных угодий. HPC and BigData applied to codesigning cost-efficient automation for large scale wetland biomonitoring». Получение и обработка спутниковых данных производились с использованием системы "Вега-Science" (Loupian et al., 2022) и ЦКП "ИКИ-Мониторинг" (Лупян и др., 2015), функционирование и развитие которых осуществляется при поддержке Минобрнауки (тема "Мониторинг" , госрегистрация № 122042500031-8)

Ключевые слова: водно-болотные угодья, болота, Томская область, Западная Сибирь, MODIS, земной покров
Литература:
  1. Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Хвостиков С.А., Шабанов Н.В. Спутниковое картографирование растительного покрова России. М.: ИКИ РАН, 2016. 208 c.
  2. Евсеева Н.С., Синюткина А.А., Харанжевская Ю.А., Воистинова Е.С., Ромашова Т.В., Хромых В.В., Земцов В.А., Сорокин И.Б., Гузова Е.Н., Сиротина Е.А., Жилина Т.Н., Квасникова З.Н., Хромых О.В., Хромых В.С. Ландшафты болот Томской области. Томск: Изд-во НТЛ, 2012. 399 с.
  3. Ильина И.С., Лапшина Е.И., Махно В.Д., Романова Е.А. Принципы составления обзорной «Карты растительности Западно-Сибирской равнины» // Геоботаническое картографирование. 1977. № 1977. С. 41-58. DOI: 10.31111/geobotmap/1977.41.
  4. Инишева Л.И., Архипов В.С., Маслов С.Г., Михантьева Л.С. Торфяные ресурсы Томской области и их использование. Новосибирск: СО РАСХН, 1995. 88 с.
  5. Лисс О.Л., Березина Н.А. Болота Западно-Сибирской равнины. М.: Наука, 1981. 205 с.
  6. Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Балашов И.В., Барталев С.А., Ефремов В.Ю., Кашницкий А.В., Мазуров А.А., Матвеев А.М., Суднева О.А., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Центр коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 263–284.
  7. Медведева М.А., Возбранная А.Е., Сирин А.А., Маслов А.А. Возможности различных мультиспектральных космических данных для мониторинга неиспользуемых пожароопасных торфяников и эффективности их обводнения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. №. 2. С. 150–159. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-2-150-159.
  8. Миклашевич Т.С., Барталев С.А., Плотников Д.Е. Интерполяционный алгоритм восстановления длинных временных рядов данных спутниковых наблюдений растительного покрова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 6. С. 143-154. DOI 10.21046/2070-7401-2019-16-6-143-154.
  9. Романова Е.А., Быбина Р.Т., Голицина Е.Ф., Иванова Г.М., Усова Л.И., Трушникова Л.Г. Типологическая карта болот Западно-Сибирской равнины. Л.: ГУГК, 1977. 500 с.
  10. Синюткина А.А Ландшафтное картографирование болот Томской области // Вестник Воронежского государственного университета Серия: География. геоэкология. 2017. №2. С. 21-28.
  11. Терентьева И.Е., Филиппов И.В., Сабреков А.Ф. и др. Картографирование таежных болот Западной Сибири на основе дистанционной информации // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2020. Т. 84. № 6. С. 920-930 DOI 10.31857/S2587556620060102.
  12. Шинкаренко С.С., Барталев С.А. Применение данных дистанционного зондирования для широкомасштабного мониторинга водно-болотных угодий // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 6. С. 9-34 DOI: DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-6-9-34.
  13. Шинкаренко С.С., Барталев С.А., Литвинова Н.В. Исследование возможностей определения структурных характеристик растительных сообществ с доминированием тростника по данным спутниковой съёмки высокого разрешения, наземных измерений и БПЛА // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 188-202 DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-188-202
  14. Юрковская Т.Г. Картографирование растительности болотных систем // Геоботаническое картографирование. 1988. С. 13–28. DOI: 10.31111/geobotmap/1988.13.
  15. Dyukarev E.A., Alekseeva M.N., Golovatskaya E.A. Study of Wetland Ecosystem Vegetation Using Satellite Data // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2017. V. 53. P. 1029–1041. DOI:10.1134/S0001433817090092.
  16. Loupian E., Burtsev M., Proshin A. et al. Usage Experience and Capabilities of the VEGA-Science System // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 1. Article 77. DOI: 10.3390/rs14010077.

Презентация доклада

Видео доклада



Ссылка для цитирования: Шинкаренко С.С., Барталев С.А., Дюкарев Е.А., Головацкая Е.А. Перспективы картографирования болотных комплексов Западной Сибири на основе временных серий данных ДЗЗ и методов машинного обучения // Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2024. C. 225. DOI 10.21046/22DZZconf-2024a

Дистанционное зондирование растительных и почвенных покровов

225