Развитие методов картографирования породной структуры лесов с использованием временных серий спутниковых изображений Landsat-TM/ETM+

Данное исследование направлено на развитие методик картографирования лесного покрова по спутниковым изображениям высокого пространственного разрешения с целью оценки потенциальных возможностей использования этих данных при проведении Государственной инвентаризации лесов, в частности для качественной стратификации лесов по преобладающим группам древесных пород.
В качестве основных материалов для анализа используются спутниковые данные Landsat на период с 2006 по 2013 годы на территорию Вологодской области. Из них формируется максимально однородная и непрерывная в пределах вегетационного сезона серия изображений, для выявления сезонных особенностей и различий в спектральных признаках между отдельными группами пород, объединенных в следующие страты (без учета классов возраста и бонитета):
– светлохвойные леса (сосна, лиственница, кедр);
– темнохвойные леса (ель, пихта);
– мягколиственные леса (осина, ольха серая, тополь, ива древовидная);
– мелколиственные леса (береза, ольха черная, липа);
– твердолиственные леса (дуб, бук, граб, ясень, клен, вяз, береза каменная);
– прочие древесные породы и кустарники.
На анализируемой территории достаточное для исследования представительство имеют только группы пород из первых четырех страт.
Относительно низкая частота поступления безоблачных данных Landsat в течение года компенсируется использованием снимков за разные годы (c учетом возможных изменений) и на большую территорию (более 50 ячеек разграфки WRS2), для обеспечения максимально возможной частоты измерений для различных групп пород в пределах вегетационного периода.
Участки территории с предполагаемым расположением и доминированием той или иной группы пород определяются с использованием повыдельной лесотаксационной базы данных (90-х годов лесоустройства) субъекта, агрегированной на уровне кварталов. В качестве одной из основных таксационных характеристик рассматривается доля площади лесной породы занимаемой в квартале. По предварительным оценкам лесотаксационных данных наибольшее распространение на территории региона имею следующие породы:
1. Береза (2711,5 тыс. га);
2. Сосна (1859,8 тыс. га);
3. Ель (1772,6 тыс. га);
4. Осина (1140,5 тыс. га);
5. Ольха светлая (102,9 тыс. га);
6. Ольха черная (22,7 тыс. га).
Все остальные породы в сумме занимают площадь около 78,7 тыс. га.
Локализация однородных по породной структуре участков лесного покрова в границах квартальной сети осуществляется методами пространственной сегментации и кластерного анализа. Для этих участков формируются временные ряды спектральных сигнатур для последующего анализа поведения спектральных яркостей в течение года по отдельным каналам (красному, ближнему и среднему ИК). Эти данные анализируются на предмет возможности качественной дифференциации территории по породной структуре на основе яркостных характеристик и последующей автоматизированной классификации спутниковых изображений с целью создания карты лесного покрова.
Результатом работы является электронная тематическая карта групп основных лесообразующих пород на примере Вологодской области, которая может использоваться для первичной стратификации лесов субъекта по единой схеме, принятой в методических рекомендациях по проведению государственной инвентаризации лесов. Сопоставление показателей площадей, занимаемых конкретными породами и группами пород, на полученной карте с лесотаксационными данными может служить количественным критерием оценки точности на начальном этапе валидации полученных результатов.