Программа фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие». Подпрограмма «Разнообразие и мониторинг лесных экосистем России» Проект "Развитие автоматизированной технологии динамического картографирования наземных экосистем Северной Евразии на основе временных серий спутниковых данных".
В 2010 г. проводились работы по созданию временной серии карт растительности России. Для этого применялся разработанный в ИКИ РАН программный комплекс локально-адаптивной классификации, позволяющий автоматически выполнять распознавание типов земного покрова по данным спутниковых наблюдений с использованием обучающих данных. Создание временной серии карт потребовало дополнительных методических разработок, включая актуализацию обучающих данных и согласование получаемых результатов классификации в рамках временной серии.
Разработанная методика актуализации обучающих данных предназначена для приведения эталонной выборки в соответствие со спутниковыми данными в условиях меняющегося растительного покрова. В частности, была создана методика автоматического исключения из набора обучающих данных участков интенсивных изменений, таких как лесные пожары и вырубки. Кроме того, была разработана технология дополнения набора обучающих данных за счет использования стабильно и достоверно распознаваемых участков в качестве эталонов для определения спектрально-отражательных характеристик растительности.
Новые методические разработки также были связаны с повышением согласованности карт временной серии. Для этого было внесено усовершенствование в алгоритм локально-адаптивной классификации, позволяющее разграничивать допустимые (значимых) и недопустимые (обусловленных шумом спутниковых данных) переходы между классами растительности. Множество возможных переходов между классами было определено в форме матрицы переходов. Модифицированный алгоритм локально-адаптивной классификации использует одну из карт серии в качестве базовой. Ее содержание учитывается при классификации спутниковых данных за другие сроки, при этом значения функции правдоподобия вычисляются лишь для классов, входящих в допустимые комбинации согласно матрице переходов.
На основе данных спутниковых наблюдений Terra-MODIS дополнительно к карте растительности России 2005 г. были созданы карты за 2000 и 2010 годы (рис. 16.15.1).
Рис. 16.15.1 Полученная по спутниковым данным MODIS временная серия карт растительного покрова России
Анализ результатов классификации данных спутниковых наблюдений, полученных в рамках временной серии, показал достаточно высокую устойчивость результатов и подтвердил возможность использования технологии обучаемой локально-адаптивной классификации с помощью алгоритма LAGMA для ежегодного обновления карты растительного покрова. Анализ частоты переходов между классами растительности продемонстрировал устойчивую корреляцию между частотой переходов и схожестью спектрально-отражательных характеристик близких классов растительности.
На основе карт 2000 и 2010 гг. с помощью ГИС-анализа была создана карта динамики лесного покрова, определяющая участки снижения и прироста покрытой лесом площади. Участки наиболее значительных изменений связаны с гибелью лесов от пожаров. Совместный анализ карт временной серии позволяет наблюдать процессы замещения типов земного покрова, в том числе, замещение пикселов лесных классов пикселами класса гарей в первые годы после возникновение пожара, а также замещение пикселов класса гарей пикселами класса травянистой растительности в последующий временной интервал (рис. 16.15.2).
Ведется разработка многолетней базы данных состояния растительного покрова России с 2000 по 2010 г, характеризующей стабильные участки поверхности, а также классифицирующей динамику растительности в соответствии с наблюдаемым характером изменений.
Рис. 16.15. 2 Выявленные на основе анализа временной серии карт растительного покрова изменения в лесах Забайкалья в период с 2000 по 2010 г.