Методика экологического контроля территории из космоса на основе вегетационных индексов

В докладе рассматривается разрабатываемый нами программно-аналитический комплекс, позволяющий собирать спутниковые данные прибора MODIS, рассчитывать вегетационные индексы и анализировать их поведение. При анализе выделяется естественный ход изменения и анализируются изменения этого хода за счет антропогенных воздействий.
Нами предлагается считывать спутниковые сигналы (каналы видимого диапазона спектра и ближнего инфракрасного) прибора MODIS для исследуемой территории. Каждый пиксель изображения территории в том или ином канале MODIS является основой для расчета вегетационных индексов (Normalized Difference Vegetation Index, Simple Ratio Index, Enhanced Vegetation Index, Atmospherically Resistant Vegetation Index, Sum Green Index и др.). За время измерений, которое может достигать нескольких лет, образуется временные ряды изменений вегетационных индексов.
Анализ временных рядов разделяется на основные виды: анализ типа и параметров распределения, анализ трендов, анализ выбросов и анализ изменений. Анализ типа распределения показывает основные статистические особенности вариации индекса в данной географической точке возникающие вследствие как естественных, так и антропогенных причин, анализ трендов имеет значение при изучении долгосрочных изменений вариаций индексов, а анализ выбросов важен для анализа предельных состояний среды.
Изучая закономерности изменения временных рядов, можно построить алгоритм, выделяющий антропогенные нарушения, на фоне естественных процессов. Нами делается предположение, что антропогенные воздействия на природную среду приведут к изменению параметров распределения, а значит, автоматически могут быть детектированы предлагаемым нами подходом (метод «разладки»). В настоящее время, нами проводятся расчеты и анализ гистограмм распределения значений вегетационных индексов для различных участков территорий с целью выявления антропогенных воздействий.
Для решения поставленных выше задач исследований, нами разрабатывается программное приложение, в основе которой лежит ГИС. Каждый снимок спутника MODIS является определенным входным слоем, а выходными являются слои с вычисленными индексами. Далее, нами введены дополнительные слои, которые несут априорную информацию по атмосфере (осадки, влажность, давление и др.), которая выбирается для этой пространственной области и времени из данных NCEP и ECMWF. Такое сочетание данных позволяет нам искать разнообразные зависимости между спутниковыми данными и априорной информацией между собой, по времени, по пространству.