Анализ динамики восстановления лесных гарей по результатам сегментации спутниковых изображений

Лесные пожары являются наиболее часто встречаемым и разрушительным эколого-эволюционным фактором в лесах всей бореальной зоны России [1]. Наличие территорий со слаборазвитой инфраструктурой исключает возможность корректного и оперативного учета лесных пожаров и их последствий без использования данных дистанционного зондирования. Они позволяют решить целый ряд практических задач [2]: регистрация крупных лесных пожаров и определение пройденных ими площадей; выявление структуры гарей и степени повреждения лесной растительности; оценка последствий лесных пожаров и хода лесовосстановительного процесса.
В настоящей работе продемонстрирована возможность применения современных алгоритмов сегментации для оперативного обнаружения и анализа динамики восстановления лесных гарей на примере лесного пожара, произошедшего в июле 2014 года на территории республики Саха (Якутия).
Для анализа использовались снимки со спутника Landsat-8, полученные 3 июля 2014 г. (до пожара), 14 сентября 2014 г. (через месяц после пожара), 30 августа 2015 г. (через год после пожара) и 7 июля 2016 г. (через два года после пожара). Для обработки снимков использовались разработанные авторами эффективные ансамблевые алгоритмы кластеризации HECA [3] и EMeanSC [4].
Состояние растительного покрова оценивалось по значению нормализованного разностного вегетационного индекса NDVI с использованием 4-го (0.63-0.68 мкм) и 5-го (0.845-0.885 мкм) каналов. Значения NDVI можно использовать для мониторинга послепожарного увеличения наземной биомассы и получения картины крупномасштабного распределения и фенологических изменений растительности: для неповрежденной растительности на исследуемом полигоне оно попадает в интервал [0.35;0.45], а для поврежденной – в интервал [0;0.3], поэтому значение вегетационного индекса позволяет оценить степень поврежденности исследуемого участка [5]. Таким образом, его можно использовать для качественного анализа гарей и изучения восстановительного процесса внутри поврежденной территории.
В ходе работы выполнен анализ двухлетней динамики изменения площадей с различной степенью повреждений растительности после пожара по данным, полученным со спутника Landsat-8. Результаты сегментации хорошо согласуются с результатами визуально-инструментального дешифрирования, выполненного сотрудниками Сибирского центра ФГБУ «НИЦ «Планета».