Разработка метода интегральной оценки площадей гарей в лесах на основе многолетних данных спутникового спектрорадиометра MODIS.

Интегральная оценка площадей гарей по спутниковым данным предполагает выявление участков лесных земель, погибших в различные годы в результате воздействия огня и на текущий момент не возобновившихся до состояния покрытой лесом территории.
Разработанный для решения данной задачи метод основан на использовании многолетних данных прибора MODIS с пространственным разрешением 250 метров. При этом используется  сформированный в  ИКИ РАН и непрерывно обновляемый архив данных MODIS для территории России за период с 2000 года. В основу метода положено комбинированное использование, полученных по данным MODIS, очищенных от влияния облачности композитных изображений за 2000 и 2010 гг., многолетней базы данных о пройденных огнем участках и карты растительного покрова. В качестве опорных данных использовались результаты совместного анализа разновременных спутниковых изображений высокого пространственного разрешения Landsat-TM и материалов наземной оценки степени повреждения лесов пожарами, которые позволили оценить информативность различных спектральных индексов для распознавания гарей. Распознавание участков гарей осуществлялось c использованием разработанного в ИКИ РАН метода контролируемой локально-адаптивной классификации спутниковых изображений LAGMA.
Разработанным методом предусмотрены следующие основные этапы обработки спутниковых данных:
Предварительная обработка спутниковых данных для формирования очищенных от влияния мешающих факторов месячных композитных изображений, а также набора спектральных вегетационных индексов RdSWVI, dSWVI, SWIR/NIR за 2000 и 2010 гг. При этом данные продукты формируются для каждого из четырех месяцев  временного интервала июнь-сентябрь каждого из указанных лет. На рисунке 16.6.1 представлен пример композитных изображений MODIS и индекса RdSWVI, используемого в качестве признака распознавания.

           
                           а)                                                    б)                                                       в)
Рис. 16.6.1 Разновременные спутниковые изображения MODIS и рассчитанный на их основе вегетационный индекс RdSWVI а) 07.2000, б)07.2010 (RGB: SWIR-NIR-Red),  в) RdSWVI

Формирование обучающей выборки. Классификация с обучением подразумевает наличие репрезентативной выборки характерных эталонов (обучающей выборки), с известной принадлежностью к одному из классов заданного множества. Для формирования опорной выборки классов неповрежденных лесов и гарей соответственно использовались карта растительного покрова России и маска пройденных огнем площадей за период 2000 - 2010 годов. Для последующей фильтрации выборки использовался индекс SWIR/NIR, позволяющий отделить сильно поврежденные участки леса от слабо поврежденных и неповрежденных участков.
Классификация. Полученная обучающая выборка использована для  контролируемой локально-адаптивной классификации спутниковых изображений алгоритмом LAGMA на основе локальных сигнатур, заданных в узлах регулярной сети с шагом 25 км. При этом проводится серия независимых классификаций с использованием композитных изображений за разные месяцы с последующей интеграцией результатов.
Фильтрация результатов классификации. В результирующую маску гарей включаются только устойчиво распознаваемые по всем используемым композитным изображениям участки гари, что позволяет минимизировать уровень ошибок классификации.
Получаемая в результате маска позволяет интегрально оценить площади гарей разных лет в составе земель лесного фонда РФ. Разработанный метод имеет высокую степень автоматизации и может применяться для регулярного получения данных о площадях гарей в лесах России.

 Рис.16.6.2 Выявленные по данным MODIS гари различных лет в лесах России по состоянию на 01.09.2010 (приведен участок европейской части страны)