Формирование опорных данных для спутниковой оценки проективного покрытия пастбищной растительности на основе наземных плановых фотографий

Проективное Покрытие (ПП) является ключевым индикатором степени деградации пастбищ (Bonham, 1989). Отклонение от зональной нормы позволяет выявлять влияние как климатических изменений, так и чрезмерной пастбищной нагрузки. Поэтому для обширных территорий востребован ежегодный мониторинг ПП по спутниковым данным Дистанционного Зондирования Земли (ДЗЗ). Однако спутниковые оценки нуждаются в наземной калибровке, а наиболее распространенный глазомерный способ оценки ПП субъективен и слабо стандартизирован; инструментальные методы точнее, но более трудоёмки и зависят от квалификации эксперта. В работе предложена методика оценки ПП по плановым наземным фотографиям специальных учётных площадок 50х50 см, получаемым в надир при рассеянном свете по стандартизированному протоколу съемки (Chianucci, 2020). Фотография позволяет зафиксировать состояние растительности для последующего анализа и формирования опорных данных для спутниковой оценки ПП.
Полевые работы выполнены на юго-востоке европейской России в период осеннего максимума вегетации 2025 года: собрано более 1000 фотографий на 200 пробных площадях. Сопоставление полученных значений ПП с NDVI по данным Sentinel-2 и MODIS показало, что коэффициент корреляции (R) увеличивается при переходе от глазомерных наземных оценок (R = 0,44) к интерпретации фотографий одним экспертом (R = 0,84) и далее – к их полуавтоматической обработке в программе CAN-EYE (R = 0,93; https://can-eye.paca.hub.inrae.fr). При этом наибольший коэффициент корреляции достигается при использовании пятидневных композитных изображений с устранённым влиянием облачности и теней от облаков по сравнению со спутниковыми снимками на отдельные даты. Вегетационный индекс NDVI оказался устойчивее других спектрально-отражательных индексов, а по точности не уступил непараметрическим методам машинного обучения, что делает его достаточным инструментом для построения калибровочных зависимостей и оценки ПП по спутниковым данным.
Таким образом, наземная плановая фотосъёмка объединяет быстроту с объективностью и сопоставимостью результатов, а её сочетание со спутниковыми данными позволяет строить устойчивые калибровочные зависимости. Полевые работы при этом заметно менее трудоёмки, результат не зависит от квалификации исполнителя. Для широкомасштабного внедрения метода необходимы строгая стандартизация условий фотосъёмки, расширение географии и разнообразия выборки, а также автоматизация обработки фотоматериалов и оценки ПП.
Сформированные опорные данные могут быть использованы для многолетнего мониторинга пастбищной растительности, поскольку подход опирается не на абсолютные значения ПП, а на их отклонения от многолетней зональной нормы. Накопление рядов данных в разные сезоны и годы позволит уточнять регрессионные модели для спутниковой оценки ПП и постепенно переходить от локальных калибровок к региональным.
Работа выполнена в рамках темы ИКИ РАН «Мониторинг» (госрегистрация № 126031818938-6) с использованием сервиса «Вега-Science» (Loupian et al., 2022) и инфраструктуры Центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2015).