Развитие возможностей регионального спутникового картографирования растительного покрова на примере Приморского края

Методология автоматизированного широко-охватного спутникового картографирования растительного покрова ведется в Институте космических исследований РАН с начала 2000-х годов (Барталев и др., 2015, 2011, Барталев, Лупян, 2013). При этом, к числу отличительных черт развиваемой методологии спутникового картографирования растительного покрова можно отнести следующие основные положения:
- направленность на разработку методов и технологий автоматической обработки данных дистанционного зондирования, обеспечивающих полную воспроизводимость результатов картографирования;
- ориентированность на разработку адаптивных алгоритмов тематической обработки данных, обеспечивающих локализованную (само)настройку оптимальных параметров в зависимости от пространственного расположения картографируемого объекта и времени проведения спутниковых наблюдений (Bartalev et al., 2014);
- применимость разрабатываемых методов и технологий для картографирования растительного покрова на больших территориях вплоть до глобального охвата (крупные страны, континенты и планета в целом);
возможность формирования однородных временных рядов спутниковых карт, способных характеризовать динамику растительного покрова (концепция динамического картографирования).
Разработанная к настоящему времени методология картографирования растительного покрова и опыт создания на ее основе с использованием данных MODIS серии тематических карт, на наш взгляд, не имеют аналогов. Вместе с тем, все более расширяющееся практическое использование карт растительного покрова в различных областях экономики (лесное хозяйство и лесная промышленность, сельское хозяйство, охотничье хозяйство) позволяет уточнять требования пользователей к их тематической нагрузке, выявлять и систематизировать неточности картографирования, планировать пути совершенствования методологии. Стимулирующее влияние на развитие методологии спутникового картографирования растительного покрова оказывает и запуск в эксплуатацию новых, обладающих улучшенными характеристиками, спутниковых систем дистанционного зондирования. При этом, можно выделить следующие приоритетные цели развития методологии спутникового картографирования растительного покрова:
- повышение точности классификации и оценки характеристик растительного покрова;
- повышение пространственного разрешения карт растительного покрова;
- расширение состава картографируемых тематических классов и характеристик растительного покрова.
Ввод в эксплуатацию системы дистанционного зондирования Proba-V, отличающейся уникальным сочетанием пространственного (115 м) и временного разрешения (не менее 10-15 наблюдений в месяц для территории России), открывает новые возможности развития методов спутникового картографирования растительного покрова. Дальнейшая перспектива повышения разрешения карт растительного покрова России сопряжена с возможностями комплексного использования данных, получаемых системами Landsat-OLI и Sentinel-2. Вместе с тем, картографирование растительного покрова больших территорий со столь высоким пространственным разрешением требует существенного развития технической инфраструктуры, а также поиска эффективных технологических решений в области хранения и обработки сверхбольших объемов спутниковых данных.
Выполненный на примере Приморского края комплекс исследований и разработок по развитию методов спутникового картографирования растительного покрова опирается на использование спутниковых данных Proba-V и Landsat-ETM+/OLI. При этом в качестве приоритетных рассматривались следующие направления исследований и разработок:
- развитие методов фильтрации эффектов маскирующего влияния облаков и теней;
- развитие методов реконструкции временных рядов спутниковых данных (Плотников и др., 2014);
- развитие методов радиометрической коррекции спутниковых данных за влияние рельефа местности;
- развитие методов формирования обучающей выборки различного пространственного разрешения для классификации типов земного покрова.
В результате проведенных исследований и разработок создан комплекс тематических карт Приморского края, включающий в себя:
- карты растительного покрова (115 м и 30 м);
- карту преобладающих древесных пород в лесах (115 м);
- карту запасов стволовой древесины в лесах (115 м).
Созданные карты находят применение для мониторинга и прогноза развития лесных пожаров, оценки степени повреждения лесов огнем и причиненного им ущерба, оценки лесных ресурсов и качества среды обитания редких видов животных. Разработанные новые спутниковые карты растительного покрова включены в состав информационного обеспечения системы «Вега-Приморье», призванной обеспечить эффективное решение задач комплексного мониторинга лесов Приморского края.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-17-00389) в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте космических исследований Российской академии наук.