Инструмент интерактивного построения карт характеристик лесов на основе информации спутников серий Sentinel-2 и Landsat

В рамках реализации проекта «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ» запланирована наземная оценка характеристик лесов на сети тестовых полигонов. Для территории этих тестовых полигонов был разработан проект методики формирования карт характеристик лесов с высоким пространственным разрешением (10-30 м на пиксель), которые будут использоваться для валидации геоинформационных продуктов о характеристиках лесов, получаемых в рамках проекта на основе спутниковых данных ДЗЗ среднего (230 м на пиксель) пространственного разрешения. Данная методика реализована в виде инструмента в составе Информационно-аналитической системы мониторинга углерода в наземных экосистемах Российской Федерации (ИАС «Углерод Э»).
Настоящий доклад посвящен разработанному и внедренному в состав ИАС «Углерод-Э» инструменту для интерактивного построения карт характеристик лесов на основе спутниковой информации систем Landsat и Sentinel-2. Инструмент создан с помощью ранее разработанной в ИКИ РАН технологии (Кашницкий, 2015). Для обучения используется либо информация наземных обследований тестовых полигонов, полученная в рамках проекта, либо имеющиеся в ИКИ РАН материалы наземных обследований на уровне таксационных выделов. Выбором типа обучающей выборки в каждом случае управляет пользователь системы. Как признаки для классификации используются выбранные пользователем разновременные спутниковые снимки или композитные изображения из архивов, доступных в ИАС «Углерод-Э». На выходе в результате обработки получаются карты характеристик лесов на территорию тестового полигона или иной области интереса, заданной пользователем. Для получения карт категориальных характеристик лесного покрова используется классификация методом случайных лесов. Для построения карт количественных характеристик лесов используется непараметрическая регрессионная модель на основе метода случайных лесов. Также формируется отчет об основных показателях точности полученной карты в каждом случае. На данный момент в составе инструмента реализовано построение карт преобладающих древесных пород и запасов стволовой древесины насаждений.
С помощью инструмента были получены экспериментальные растровые карты запасов древесины и преобладающих пород с пространственным разрешением 10 м на пиксель на территорию ряда тестовых полигонов.
В докладе описываются все реализованные в методике и инструменте этапы обработки, особенности подбора исходных спутниковых сцен, формирование признаков и выборки для обучения модели. Приведены примеры созданных карт.
Методика и инструмент находятся в стадии опытной эксплуатации и могут быть доработаны в дальнейшем.
Получение и обработка спутниковых данных выполнены с помощью возможностей Центра коллективного пользования ИКИ-Мониторинг (Лупян, 2019), функционирование и развитие которого осуществляется при поддержке Минобрнауки (тема "Мониторинг" № 122042500031-8). Работа выполнена в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, обеспечение создания системы учета данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» (рег. № 123030300031-6).