Изучение возможностей оценки породного разнообразия лесов заповедника «Брянский лес» на основе комплексной обработки спутниковых и наземных данных

Доклад посвящен изучению возможностей использования спутниковых данных Landsat-TM/ETM+/OLI при оценке породного разнообразия лесов. Под породным разнообразием здесь подразумевается комплекс качественных и количественных показателей, характеризующий участок лесного покрова заданного размера по числу и соотношению площадей различных пород древостоев, встречающихся на нем.
Основной целью данного исследования было изучение спектральных характеристик древостоев, различных по породному составу, на предмет возможности их распознавания на разносезонных многоканальных изображениях Landsat. В качестве тестового региона была выбрана территория Государственного природного биосферного заповедника «Брянский лес». Заповедник расположен в южной части Брянской области и вместе с охранной зоной занимает площадь более 20000 га. В качестве опорных данных для анализа породного состава лесного покрова территории использовались геопространственные данные повыделенной лесной таксации (лесоустройство 2005 года) и материалы выборочных наземных обследований, собранные в течение лета 2015 года.
Согласно данным лесоустройства на территории заповедника в различных сочетаниях произрастают пятнадцать основных пород деревьев, восемь из которых (ель, сосна, береза, осина, дуб, липа, ясень и ольха черная) могут быть выделены как преобладающие на отдельных выделах (8 и более единиц породного состава). На основе формулы породного состава 1 яруса, а также показателей полноты (не менее 0,5) и площади (не менее 1 га) отбирались эталонные выделы, как для отдельных пород, так и для их различных комбинаций в смешанных насаждениях. Далее на основе безоблачного летнего трехканального (Red, NIR, SWIR1) композита Landsat строилась сеть сегментов, которая сопоставлялась с сетью выделов для идентификации однородных эталонных участков изображения, в последствие использованных для извлечения спектральных сигнатур. Сегментация проводилась алгоритмом Full Lambda Schedule со средним размером сегмента равным 20 пикселям (1,8 га) при среднем размере выдела примерно в 4 га.
Для анализа спектральных характеристик эталонных выделов была собрана серия безоблачных изображений Landsat-TM/ETM+/OLI на территорию заповедника с расчетом формирования периодического однородного ряда наблюдений на максимально возможное число дат в году. Всего было подобрано 39 сцен за период с 2002 по 2015 год. Спектральные сигнатуры извлекались в пяти каналах изображений (Green, Red, NIR, SWIR1, SWIR2) и анализировались на разделимость стандартными статистическими методами (дивергенция, расстояние Джеффриса-Мацуситы). В результате этого анализа были сформированы два набора изображений с наилучшими показателями разделимости – из пяти и из пятнадцати сцен – для классификации по породному составу. Использовались два варианта классификации – по максимальному правдоподобию и по минимальному расстоянию. Полученные таким образом тематические изображения сравнивались с данными лесоустройства на предмет преобладающих пород и их общего числа на выделе. Результаты сравнения и их анализ будут представлены в докладе.
Работа выполнялась в рамках проекта РФФИ № 15-29-02697 офи_м «Выявление роли экосистемных инженеров и биоразнообразия в функционировании лесов на основе синтеза наземных и спутниковых данных».