Исследование возможностей повышения точности распознавания преобладающих пород леса на основе данных Sentinel-2 и материалов пробных площадей

Для построения по спутниковым данным ДЗЗ карт характеристик лесов, в том числе необходимых для оценки их запасов углерода, в национальном масштабе, как правило, используются данные ДЗЗ среднего пространственного разрешения (~250 м на пиксель). При этом наиболее актуальные материалы наземных обследований лесов, доступные для их валидации, характеризуют лесной покров на уровне пробных площадей (ПП) диаметром 30-50 м, что затрудняет их прямое сравнение. Таким образом, актуальной является задача формирования на основе материалов ПП и данных ДЗЗ с размером пикселя 10-30 м карт характеристик лесов высокого разрешения для валидации продуктов обработки данных ДЗЗ среднего пространственного разрешения.

В докладе описана серия экспериментов по определению преобладающей древесной породы лесов на основе временного ряда данных Sentinel-2, характеризующих сезонную и фенологическую динамику спектрально-отражательных характеристик лесного покрова, и материалов ПП с использованием классификации методом случайных лесов. Рассмотрены следующие варианты определения спектрально-временных признаков, соответствующих преобладающей породе на ПП: 1) значения пикселя данных ДЗЗ, в который попадает центр ПП; 2) интегральные значения спектрально-отражательных характеристик в заданной окрестности центра ПП; 3) выбор наиболее репрезентативного пикселя данных ДЗЗ в заданной окрестности центра ПП.

Также проведены исследования возможностей повышения точности распознавания преобладающих пород на основе следующих подходов:
- добавление промежуточного этапа классификации на вечнозеленые/хвойные и листопадные/лиственные группы пород;
- расширение обучающей выборки на основе кластеризации данных ДЗЗ и совместного использования материалов наземного обследования на уровне ПП и таксационных выделов;
- регрессионная оценка доли участия каждой породы в насаждении по запасу для определения породного состава и преобладающей породы лесов.
Общая точность распознавания преобладающих пород, определенная по матрице перепутывания, оказалась в диапазоне 50-85%, в зависимости от используемого подхода и ограничения на коэффициент главной породы в смешанных лесах.

Работа выполнена в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, обеспечение создания системы учета данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» (рег. № 123030300031-6). Обработка данных ДЗЗ проводилась с использованием ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг», включая УНУ «Вега -Science» (Лупян и др., 2019), развиваемого и поддерживаемого в рамках темы «Мониторинг» (№ 122042500031-8).