Картирование усыхающих древостоев на основе космических данных

Актуальность темы обусловлена часто встречающимся явлением усыхания древостоев в лесах Северо-Запада. Оперативно выявленные изменения состояния древостоев позволяют предотвратить их гибель, приняв соответствующие меры. Кроме того, сухостои существенно повышают пожароопасность лесов, поэтому их поиск и картирование являются актуальной задачей. Используемые в настоящее время традиционные методы лесопатологических обследований не отвечают главным требованиям - оперативности и минимальным трудовым и финансовым затратам. Поэтому при мониторинге состояния лесов Северо-Запада применяют космические снимки и автоматизированные методы их анализа.
Авторами была предпринята попытка выявить категории усыхания хвойных древостоев на основе обработки авиационных и космических снимков.
Для проведения исследований были выбраны участки лесной территории Ленинградской области, получены изображения авиационного гиперспектрометра и космический снимок съемочной системы World View – 2 (таблица 1).
Этап тематической обработки заключался в автоматизированном выявлении сухостойных древостоев и определении категории состояния. Выявление сухостоев выполнялось с помощью классификации многоспектральных данных методом нечетких множеств. При этом, однако, не удалось разделить категории усыхания, даже при увеличении числа классов. Поэтому пришлось использовать дополнительные признаки, среди которых эффективными оказались: индекс учета «сухого» углерода, присутствующего в мертвых или сухих растительных тканях, PSRI, и вектор собственных чисел (ВСЧ).
Оказалось, что вторая компонента вектора собственных чисел надежно разделяет сухостои по трем категориям: 1 – усыхающие, 2 – сухостой текущего года (свежий), 3 – сухостой прошлых лет (старый).
Результат автоматизированной обработки подтвердился в ходе наземной заверки на тестовых участках лесной территории. Были выявлены усыхающие древостои трех категорий состояния сухости.
В результате классификации индексного изображения (PSRI) границы классов расположились максимально точно к ситуации, полученной в ходе наземных исследований. Однако при увеличении ширины спектральных каналов - 510-580, 630-690, 700-890 нм - результат изображения PSRI оказался неустойчивым: для 45 % категории сухостоев были определены неверно. В то время как классификация по ВСЧ дала тот же результат, что и при обработке узких спектральных каналов.
Таким образом, было получено:
• категории усыхания древостоев могут быть выявлены в результате применения алгоритмов автоматизированной обработки материалов авиационной и космической съемки;
• результат применения ВСЧ в задаче автоматизированного выявления категорий усыхания древостоев не зависит от ширины используемых спектральных каналов, что дает возможность использовать алгоритм не только по данным авиационного гиперспектрометра, но практически всех современных съемочных систем космического базирования (с разрешением ≥ 50 нм).