Оценка точности карты растительности Центрального Федерального Округа

В 2013 году на основе данных съемки спутников LANDSAT-5 и 7 (2006-2010 гг.) была создана первая версия карты растительности наземных экосистем Центрального федерального округа (ЦФО) (Гаврилюк и Ершов, 2014). Легенда карты растительности ЦФО содержит 12 классов, включая чистые темнохвойные, светлохвойные и лиственные леса, три класса смешанных хвойно-лиственных лесов, луговая, сельскохозяйственная и болотная растительность. Также есть три класса не покрытой растительностью территории (открытая почва, урбанизированные земли и внутренние водоемы).
В том же году в Университете Мериленда (УМ) были созданы глобальные картографические продукты «Global Forest Change» (GFC), отражающие динамику лесного покрова с изменениями за период с 2000 по 2012 годы по данным LANDSAT (Hansen at.al,2013). Это позволило провести сравнительный анализ тематических продуктов ЦЭПЛ и УМ между собой, а также с данными учета лесного фонда 2008 года (ГУЛФ) по субъектам ЦФО (Государственный учет…2008).
В докладе приводятся результаты сравнения площадей лесов ЦФО, полученных по данным карт растительности ЦЭПЛ РАН, карты лесного покрова Университета Мериленда, с данными статистической отчетности субъектов ЦФО 2008 года. Для определения площадей лесов использовались цифровые карты границ лесного фонда субъектов по состоянию 2010 года.
Сравнительный анализ карт и ГУЛФ проводился по 17 субъектам РФ, а именно: Белгородской, Брянской, Владимирской, Воронежской, Ивановской, Тверской, Калужской, Костромской, Курской, Липецкой, Московской, Орловской, Рязанской, Смоленской, Тамбовской, Тульской и Ярославской областям.
Между картой растительности и картой лесного покрова отмечается очень хорошая сходимость площадей лесов на уровне субъектов, т.е. среднеквадратическое отклонение составляет 4,5%.
При сравнении с данными статистической отчетности, было выявлено, что наибольшее отклонение площадей лесов наблюдается у тематических продуктов с ГУЛФ по Владимирской (УМ: 32,4 и ЦЭПЛ: 32,8%), Костромской (УМ: 58,5 и ЦЭПЛ: 58,6%), Рязанской (УМ: -17,6 и ЦЭПЛ: -18,2%) и Смоленской (УМ: -109,7 и ЦЭПЛ: -96,7%) областям. Выявленные расхождения в площадях связаны с устаревшей картой границ лесного фонда этих субъектов. Это подтверждает сравнение площади лесного фонда по данным ГУЛФ 2008 года и по цифровой карте лесного фонда (карта ЛФ) 2010 года этих субъектов: по Владимирской (-41,86%), Костромской (-136,35%), Рязанской (34,69%) и Смоленской (54,11%) областям. Отрицательные значения свидетельствуют о сокращении площади лесного фонда во Владимирской и Костромской областях, а положительные значения соответственно подтверждают увеличение площади лесного фонда в Рязанской и Смоленской областях. Кроме того анализ площадей лесов между картами ЦЭПЛ и УМ показал, что расхождение площадей лесов составляет соответственно для Владимирской (-0,46%), Костромской (-0,32%), Рязанской (0,43%) и Смоленской (-6,2%) областей. Без учета этих субъектов среднеквадратическое отклонение площадей лесов по остальным субъектам с данными ГУЛФ составляет соответственно для карты растительности ЦЭПЛ РАН 5,32% и для карты лесного покрова Университета Мериленда 4,14%.
Таким образом, можно считать, что созданные карты по спутниковым данным LANDSAT независимыми методами являются достаточно точными и могут использоваться для количественной оценки площадей лесов на уровне субъектов РФ.
Дополнительно был проведен сравнительный анализ площадей хвойных и лиственных лесов субъектов, полученных по карте растительности ЦЭПЛ РАН с данными ГУЛФ. Для корректного сравнения площадей в карте растительности была переопределена легенда, в которой площади смешанных лесов учитывались пропорционально доли участия хвойных и лиственных пород в составе насаждения.
Ошибки определения площадей по этим показателям оказались значительно больше по большинству субъектов, чем при оценке площади лесов, что потребовало дополнительного анализа данных. В результате было выявлено, что для тех субъектов, у которых наблюдается хорошее совпадение площадей хвойных и лиственных лесов с данными статистики ГУЛФ (Например, Воронежская, Ивановская, Тверская и Ярославские области), имеется аналогичное соотношение площадей хвойных и лиственных лесов эталонных участков этих субъектов. Это означает, что при формировании обучающей выборки (эталонов для классификации) необходимо учитывать относительное распределение площадей лесов по породам (группам пород) на уровне субъекта, что позволяет более точно настроить алгоритм локально-адаптивной классификации спутниковых изображений.
В настоящее время проводится коррекция эталонной выборки для повторной классификации карты растительности ЦФО. Результаты классификации новой версии карты растительности ЦФО и проверки ее точности с данными ГУЛФ будут приведены в докладе конференции. Создание карты и оценка ее точности проводятся в рамках работ по модернизации информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров ИСДМ-Рослесхоз.

Литература
Гаврилюк Е.А., Ершов Д.В. Тематическое картографирование лесных экосистем на региональном и федеральном уровне // Международная научная конференция «Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли», Красноярск, СФУ, 23 – 26 сентября 2014 г. Сборник трудов конференции.
Hansen, M. C., P. V. Potapov, R. Moore, M. Hancher, S. A. Turubanova, A. Tyukavina, D. Thau, S. V. Stehman, S. J. Goetz, T. R. Loveland, A. Kommareddy, A. Egorov, L. Chini, C. O. Justice, and J. R. G. Townshend.Justice, and J. R. G. Townshend. High-Resolution Global Maps of 21st-Century Forest Cover Change / Science 342, 2013. С. 850-853
Государственный учет лесного фонда России по состоянию на 01.01.2008 года