Технология всепогодного мониторинга сплошных и выборочных вырубок леса и картирования количественных параметров леса с использованием космических радарных съемок

В докладе рассматриваются вопросы возможности выявления сплошных и выборочных вырубок леса в результате обработки радарных данных ДЗЗ, а также изучения возможности картирования количественных параметров леса по результатам обработки радарных данных ДЗЗ. В пилотном проекте анализировались данные радарных спутников COSMO-SkyMed (E-GEOS, Италия), ALOS PALSAR (JAXA, Япония) и TerraSAR-X/TanDEM-X (DLR, Германия). Обработка радарных снимков производилась в программном комплексе ENVI/SARscape (Exelis VIS, США-Франция).
В результате обработки и тематического анализа интерферометрических пар радарных снимков с короткой временной базой в несколько дней (которые возможно получать только со спутников COSMO-SkyMed X-диапазона длин волн), отснятых в период наличия снежного покрова на территорию одного из лесничеств Вологодской области России получены тематические карты, включающие следующие слои:
– Гидрография;
– Дорожная сеть;
– Застроенная территория;
– Лес;
– Поля;
– Луга;
– Кустарник (молодые деревья, подрост);
– Голая земля;
– Сплошные и черезполосные вырубки леса;
Установлена возможность использования радарных данных X-диапазона для всепогодного и всесезонного мониторинга сплошных и чересполосных вырубок леса (в том числе, в период наличия снежного покрова). Отработана технология выявления вырубок размерами более 1,5 Га (возможность выявления вырубок меньшей площади и вырубок отдельных деревьев может быть оценена в рамках отдельного пилотного проекта).
По результатам обработки радарных данных L-диапазона длин волн со спутника ALOS PALSAR получены карты параметров леса:
– высот деревьев в метрах,
– диаметров стволов на уровне груди в сантиметрах,
– запаса древесины в м3/Га,
– хвойных/лиственных пород леса;
Для оценки точности полученных карт параметров леса были проанализированы 70 наземных контрольных точек со значениями параметров леса, собранных летом 2013 года, установлен высокий коэффициент корреляции между радарными яркостями L-диапазона поляризации HV и значениями замеренных наземными методами параметров леса (значения коэффициента корреляции 0.75 – 0.8).
Сделан вывод о необходимости использования данных именно L-диапазона длин волн (возможно, в будущем, - и P-диапазона длин волн) для решения задач картирования параметров леса. Тематические карты параметров леса в рамках данного проекта были получены по архивным данным спутника ALOS PALSAR L-диапазона в режиме двойной поляризации HH/HV пространственным разрешением 15 метров, архив которых за 2007-2010 гг. имеется на всю территорию России.
На начало 2014 года запланирован запуск радарного спутника ALOS PALSAR 2, с такими же характеристиками, но с в пять раз более высоким пространственным разрешением (3 метра), что позволит получать по уже отработанной технологии тематические карты параметров леса с разрешением 3 метра (в 5 раз более детальные).
Компанией SARMAP предложено создание в дополнение к базовому программному продукту SARscape специализированного продукта FORESTscape, который в автоматизированном режиме позволит создавать карты параметров леса с усреднением по полигонам выделов и с автоматизированным обновлением этих параметров при обновлении покрытия радарными данными.
Установлено, что один из важных параметров леса – высоты деревьев, могут быть оценены не только путем расчета корреляционных взаимосвязей с радарными яркостями L-диапазона длин волн, но и путем замера методом радарной тандемной интерферометрии. На сегодняшний день тандемная интерферометрия реализована для спутников TerraSAR-X/TanDEM-X. В рамках настоящего проекта впервые в России была опробована технология измерения высот деревьев методом тандемной радарной интерферометрии на примере территории вблизи дельты реки Селенги (Республика Бурятия).
В результате получены цифровые матрицы высот деревьев с шагом матрицы 5 метров. По результатам анализа разносезонных тандемных пар с разными характеристиками были сформулированы требования к характеристикам тандемных пар, в частности к сезонности и к базовым линиям (базисам съемки), позволяющие осуществлять наиболее точное измерение высот деревьев. Точность получения карт высот деревьев оценена по данным наземных контрольных точек, и при соблюдении требований к характеристикам тандемных пар она составила 1 – 2 метра. Пилотная территория характеризовалась плоским рельефом. Точность в условиях горного рельефа подлежит дальнейшей оценке и потребует на входе наличия точной цифровой модели рельефа, которая, будучи вычтенной из цифровой модели местности, получаемой по данным тандемной радарной интерферометрии, даст на выходе цифровую матрицу высот деревьев.
Таким образом, радарные данные ДЗЗ могут быть использованы как для всепогодного, всесезонного и не зависимого от освещенности мониторинга сплошных и черезполосных вырубок леса, так и для картирования количественных параметров леса.