Основы технологии восстановления количественных характеристик лесных экосистем по многоспектральным и гиперспектральным данным аэрокосмического зондирования

Основу приложений данных спутниковых и наземных измерений применительно к оценке состояния лесных экосистем составляют стандартные преобразования изображений (географическая привязка, выделение характерных контуров, классификация объектов и др.), модели многофакторной регрессии и эмпирическая концепция вегетационных индексов. Несмотря на достижения последних лет, связанные с появлением многоспектральной и гиперспектральной аппаратуры нового поколения, методы развития приложений соответствующих изображений остались фактически неизменными. В этих методах, как правило, не используются потенциальные информационные возможности, предоставляемые разнообразием измерительных каналов этой аппаратуры. Поэтому расширение круга прикладных задач, наряду с применением стандартных методов обработки, требует развития существующих и разработки новых математических моделей формирования полей регистрируемого излучения и адекватных вычислительных процедур анализа и интерпретации получаемых данных. В отличие от традиционных подходов, развиваемых, например, в рамках концепции вегетационных индексов, использующих относительные градации регистрируемых яркостей, в работах авторов обосновывается эффективность использования абсолютных значений интенсивности излучения в различных спектральных каналах. Наряду с этим в разрабатываемых моделях реализуются специальные вычислительные процедуры, обеспечивающие переход от исходных абсолютных яркостных спектральных характеристик к параметрам состояния наблюдаемого объекта, с которыми имеют дело пользователи выходной информационной продукции. Для лесных экосистем одним из таких параметров является объем фитомассы, который, с одной стороны, увязывается эмпирическими соотношениями с общим объемом биомассы древесины, а с другой - с содержанием углерода (основным параметром климатических моделей). Возможность восстановления количественных показателей состояния наблюдаемых объектов является важной отличительной особенностью разрабатываемых технологий по сравнению с существующими аналогами. Вместо преобразований исходных яркостных образов, меняющихся от одной сцены изображения к другой, каждый пиксел представляется в терминах указанных параметров состояния, инвариантных относительно условий аэрокосмической съемки объекта. В работе демонстрируются примеры реализации разработанных подходов при обработке многоспектральных спутниковых и гиперспектральных авиационных изображений, полученных по тестовым лесным полигонам Тверской области, которые в сочетании с процедурами валидации результатов обработки с использованием данных наземных лесотаксационных обследований представляют собой основу новой технологии оценки состояния лесных экосистем.
Исследования проводятся при финансовой поддержке РФФИ (проекты №08-07-00284, 08-07-13515_офи_ц, 09-05-00171) и аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» проект № 2.1.2/ 286.