Анализ многолетних спутниковых снимков с целью обнаружения усыханий хвойных лесных насаждений

Данная работа посвящена анализу временных рядов спектральных характеристик леса с целью упрощения детектирования регионов усыхания.
В качестве полигона для исследований был выбран участок Негорельского лесхоза (Минская область, Беларусь), где специалистами-лесопатологами были обозначены участки соснового леса, зараженного жуком-короедом, где планируется проводить санитарные вырубки. Над полигоном в 2023 г. проводились авиационные спектральные измерения при помощи БПЛА, подтвердившие наличие больных деревьев.
Для анализа использовались спутниковые данные аппарата Landsat8/Landsat9 за период с 2014 по 2023 год. Выбирались безоблачные снимки на август второго уровня обработки (значения пикселей представляют собой значения спектральной яркости у поверхности земли). Для каждого из снимков рассчитывались вегетационные индексы (ВИ), применимые для оценки состояния зеленой растительности (NDVI, SR, EVI, ARVI, SIPI).
Для выявления трендов изменений ВИ временные зависимости (от года снимка) рассчитанных спектральных индексов в каждом пикселе изображений аппроксимировались линейной функцией и выделялись пиксели с отрицательным наклоном аппроксимирующей прямой (уменьшение значения индекса со временем), у которых коэффициент корреляции значений ВИ с линейной функцией R2 выше 0.7 (чтобы удалить из анализа пиксели без устойчивого тренда к уменьшению ВИ). В итоге на тестовом участке леса были выделены пиксели, в которых, предположительно, есть усыхающие сосновые деревья.
Таким образом, анализируя изменения ВИ за 10 лет, было выявлено 18 пикселей, 15 из которых соответствуют областям сухих деревьев по сравнению с данными мультиспектральных измерений с БПЛА с высоким разрешением (около 30 см) за сентябрь 2023 года. Если анализировать изменения значений ВИ за последние 6 лет, то таких пикселей уже 542, 461 из которых соответствует областям усыхания.
Варьируя количество лет мониторинга значений индексов, можно определить как давние постепенные усыхания хвойных деревьев, так и усыхания, которые резко развились за последние годы, таким образом можно судить о факторах усыхания леса. Анализируя значения ВИ в начале и в конце периода наблюдения, можно детектировать территории с развивающимся стрессом растительности, когда деревья выглядят здоровыми, но значения ВИ имеет тенденцию к снижению.