Классификация состояния лесных насаждений по временной динамике спектральных индексов

Для оценки состояния лесных насаждений по данным дистанционного зондирования разработан метод классификации, основанный на анализе временной динамики спектральных индексов. В отличие от интерпретации единичных космических снимков, такой подход учитывает направленность и устойчивость изменения спектральных характеристик растительного покрова и снижает влияние кратковременных метеорологических вариаций и фенологических сдвигов.
В качестве основных диагностических признаков используются нормализованный разностный индекс растительности NDVI и нормализованный разностный водный индекс NDWI. NDVI характеризует изменения фотосинтетически активной биомассы и содержания хлорофилла, а NDWI чувствителен к изменениям влагосодержания растительного покрова. Их совместное использование позволяет выявлять ранние признаки водного стресса, а также более поздние стадии деградации, связанные с потерей хвои и снижением фотосинтетической активности.
Для каждого пикселя внутри анализируемого полигона формируется пространственно согласованный временной ряд значений индексов. Наблюдения, содержащие облачность, тени от облаков, пропуски либо некорректные значения отражательной способности в спектральных каналах, исключаются из обработки. Для валидных временных рядов отдельно оценивается линейный тренд NDVI и NDWI. Классификация выполняется при наличии не менее трех чистых наблюдений и достаточной устойчивости тренда, оцениваемой по коэффициенту детерминации.
По величине и знаку временного градиента каждому индексу присваивается класс, характеризующий отсутствие отрицательной динамики, слабое, умеренное, выраженное или резкое ухудшение состояния растительности. Итоговый тематический класс формируется по сочетанию классов NDVI и NDWI. При ранних признаках стресса больший вес имеет водный индекс, а при выраженной деградации приоритет отдается вегетационному индексу. Вклад каждого индекса дополнительно зависит от устойчивости выявленного временного тренда.
Результатом работы алгоритма является тематический слой пространственного распределения участков леса по степени динамики спектральных индексов. Подход реализован в программном комплексе «Лесопатология» и предназначен для оперативного выявления участков ослабления и усыхания хвойных насаждений по многовременным спутниковым данным.