научная статья по теме CОЗДАНИЕ КАРТЫ ТИПОВ ВОЗГОРАНИЙ МЕТОДОМ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ СНИМКОВ ВЫСОКОГО И СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ КЕРЖЕНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА (НИЖЕГОРОДСКАЯ ОБЛАСТЬ) Космические исследования

Текст научной статьи на тему «CОЗДАНИЕ КАРТЫ ТИПОВ ВОЗГОРАНИЙ МЕТОДОМ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ СНИМКОВ ВЫСОКОГО И СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ КЕРЖЕНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА (НИЖЕГОРОДСКАЯ ОБЛАСТЬ)»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2015, № 1, с. 53-64

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

СОЗДАНИЕ КАРТЫ ТИПОВ ВОЗГОРАНИЙ МЕТОДОМ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ СНИМКОВ ВЫСОКОГО И СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ КЕРЖЕНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА (НИЖЕГОРОДСКАЯ ОБЛАСТЬ)

© 2015 г. С. А. Садков

Институт геоэкологии РАН им. Е.М. Сергеева, Москва E-mail: sergsadkov@gmail.com Поступила в редакцию 10.01.2014 г.

На основе дешифрирования многозональных космических снимков высокого (SPOT-5) и сверхвысокого (WorldView-2) разрешения создана карта типов возгораний 2010 г. в Керженском заповеднике. При составлении карты использована классификация с обучением серии снимков SPOT-5 разных лет. В качестве обучающей выборки использованы результаты визуального дешифрирования снимков WorldView-2. Результаты классификации с высокой точностью согласуются с результатами полевых наблюдений.

Ключевые слова: лесные пожары, дистанционное зондирование, классификация с обучением, обучающая выборка, Керженский заповедник

Б01: 10.7868/80205961414060049

ВВЕДЕНИЕ

Значительная часть лесного фонда Российской Федерации относится к лесам, регулярно подвергающимся угрозе лесных пожаров. Согласно официальной статистике, на охраняемой территории лесного фонда России ежегодно регистрируется от 12 до 36 тыс. пожаров, охватывающих территорию от 0.5 до 5.2 млн га (Барталев, 2007). Наиболее высокий класс пожарной опасности имеют сосновые леса, особенно молодня-ки, в меньшей степени — мелколиственные (Лесная энциклопедия, 1986). В Европейской части России сильнее всего подвержены пожарам полесья — низменные песчаные равнины, на которых такие леса наиболее распространены.

С особенной остротой эта проблема проявилась летом 2010 г., когда количество пожаров в Нижегородской области превысило показатели предыдущего года в 2 раза, а площадь — в 324 раза (Социально-экономическое..., 2010). Размах произошедших пожаров выявил потребность в дополнительном материально-техническом и организационном обеспечении борьбы с пожарами. В связи с этим развитие средств мониторинга пожаров и оценки ущерба от них приобретает большое значение.

Наиболее оперативным средством мониторинга пожаров является дистанционное зондиро-

вание Земли (ДЗЗ), в частности, использование данных многозональной космической съемки. Рост объема, качества и доступности указанных материалов благоприятствует развитию этого направления в будущем. Характер развития пожара (низовой, верховой, торфяной, ландшафтный) сильно влияет на потенциальную ценность гари, или горельника, характер и темпы восстановления почвенно-растительного покрова, что в свою очередь влияет на потенциальную угрозу пожаров в будущем (Аверина, 2001; ГОСТ Р.22.1.09-99). В связи с этим возникает задача картографирования типов возгораний в крупном масштабе, для решения которой требуется использование данных дистанционного зондирования Земли (ДДЗЗ) высокого и сверхвысокого разрешения.

Цель нашего исследования — создание карты пирогенной нарушенности ландшафтов методом полуавтоматического дешифрирования ДДЗЗ высокого разрешения с формированием обучающей выборки по актуальным снимкам сверхвысокого разрешения на характерный участок картографируемой территории.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ

Керженский ГПБЗ расположен на стыке Бор-ского, Семеновского и Воскресенского районов Нижегородской обл. (рис. 1). Большая часть тер-

Г:

Урень Варнавино О

^ f О

/V Л' J

'J Ветлужский

\ ГО >

Воскресенское Семенов л

N / О >

НИЖЕГОРОДСКАЯ ОБЛАСТЬ < *

^ 1 КЕРЖЕНСКИИ

Балахна i

ЗАПОВЕДНИК

Бор

Воскресенский район

НИЖНИИ НОВГОРОД

Кст

. Воротынец

■ Лысково

км

50

100 3

Рис. 1. Положение района исследований — Керженского заповедника. При создании карты использованы материалы интернет-ресурса Open Street Map.

км

ритории лежит в физико-географическом регионе азональных светло-хвойных сосновых лесов краснораменного типа на Керженско-Ветлуж-ском междуречье Волжско-Ветлужской перигля-циально-аллювиальной и аллювиальной низины (Фридман, 2005).

Современный рельеф Керженского ГПБЗ можно охарактеризовать как слабонаклонную денудационную равнину, сложенную водноледниковыми песками, с единичными останцами морены и выходами коренных пород, в различной степени переработанную эоловыми и флювиальными процессами, частично заболоченную (Фридман, Ко-раблева, 2001).

Заповедник лежит в атлантико-континенталь-ной европейской климатической области умеренного пояса, погода характеризуется значительной межгодовой изменчивостью (Курочкин, 2001). Гидрографическую сеть Керженского ГПБЗ образуют р. Керженец и ее левые притоки, среди которых выделяются Вишня, Малая Черная, Большая Черная и Пугай. Особенности притоков, имеющих начало в крупных болотных массивах — более растянутый и низкий паводок, пониженные значения среднего годового стока, снижение уровня половодья и увеличение летней и зимней межени (Манкиш, Баянов, 2001).

Растительность Керженского ГПБЗ представлена главным образом сосновыми и мелколиственными лесами и болотами. До 1972 г. на территории, относящейся ныне к заповеднику, производились рубки, регулярно происходили лесные пожары. Крупнейший пожар 1972 г. охватил большую часть заповедника, за исключением западной его окраины, прилегающей к р. Керженец. В связи с этим в составе флоры заповедника получили распространение постпирогенные виды: орляк, молиния голубая. В 1972—1993 гг. на гарях проводились посадки сосны (Аверина, 2001).

В почвенном покрове Керженского ГПБЗ преобладают дерново-подзолистые песчаные (дерно-1

во-подзолы ) и болотно-подзолистые (торфяно- и дерново-подзолы, в разной степени оглеенные) почвы, занимающие основные поверхности междуречий и террас р. Керженец. На наиболее возвышенных эоловых грядах формируются дерново-подзолистые слабодифференцированные почвы (почвы боровых песков). По понижениям между-

1 В данном абзаце названия почв в тексте указаны в соответствии со структурно-генетической классификацией почв СССР 1977 г., как в источнике (Почвы..., 1977). В скобках приведены названия почв в структурной классификации почв России (Классификация., 2004).

речных равнин распространены дерново-глеевые и торфяно-глеевые почвы. В пойме р. Керженец и ее крупных притоков развиты аллювиальные почвы разных типов (Шейко, 2006).

Согласно ландшафтным исследованиям (Юнина, 2001; Волкова и др., 2006), на территории заповедника выявлены три ландшафта: долина р. Керженец в среднем течении, Вишня-Пу-гайский ландшафт слабонаклонной частично заболоченной эрозионно-водноледниковой равнины и Лухско-Устинской конечноморенной гряды. Первые два ландшафта соответствуют данной выше характеристике, различаясь по типу рельефа и соотношению преобладающих биогеоценозов и почв.

В отличие от них, в древостое Лухско-Устин-ской конечноморенной гряды важную роль играют широколиственные деревья (дуб, липа), чему способствует близкое подстилание водноледни-ковых и аллювиальных песков ледниковыми отложениями (Волкова и др., 2006). Этот ландшафт в меньшей степени пострадал от пожаров 1972 г., в связи с чем имеет больший средний возраст древостоя, меньше жердняка и отпада. Это способствует большей устойчивости данного ландшафта к лесным пожарам.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Методика использованного полуавтоматического дешифрирования состояла из следующих элементов:

— создание карты видов пожаров на участок съемки сверхвысокого разрешения;

— корректировка обучающей выборки;

— автоматическая классификация;

— определение общей границы горевщих территорий как области для применения процедуры автоматической классификации;

— генерализация.

На первом этапе вручную создавалась карта видов пожаров на участок съемки сверхвысокого разрешения ШэгЫУ1е^2, которая должна была выступить в качестве обучающей выборки для автоматического дешифрирования. Каждый класс обучающей выборки соответствовал одному виду пожаров, охватывая все разнообразие спектральных характеристик этого вида на космическом снимке.

На следующем этапе обучающая выборка корректировалась в соответствии со снимками высокого разрешения 8РОТ-5. Если класс располагался между двумя соседними классами таким образом, что его спектральный образ почти полностью перекрывался ими обоими, такой класс удалялся.

Остальные классы были разделены на подклассы в соответствии со сходством спектра их излучения на космическом снимке. Каждый под-

класс включает выделенную визуально на снимке SPOT-5 группу пикселов с близкими спектральными характеристиками. Неоднородность спектральных характеристик каждого класса описывалась, таким образом, несколькими подклассами, входящими в его состав. Таким образом, все пикселы каждого из таких подклассов относятся к одному и тому же классу, в рамках которого они выделены.

На третьем этапе проводилась автоматическая классификация. Работа автоматического классификатора сводилась к отнесению каждого пиксела к тому или иному подклассу. Затем подклассы объединялись в классы, так что все пикселы всех подклассов, выделенных в рамках одного класса, однозначно относились классификатором к этому классу. Качество обучающей выборки оценивалось непосредственно в процессе классификации. Для этого классификатор с заданными параметрами применялся к самой обучающей выборке. Оценивалась доля пикселов, верно соотнесенных с тем или иным классом. В случае, если результат классификации оказывался неудовлетворительным, обучающая выборка уточнялась посредством добавления или изъятия отдельных подклассов.

На следующем этапе определялась граница го-ревщих территорий как область для применения процедуры автоматической классификации. Участок съемки WorldView-2 располагался на территории, почти полностью охваченной лесным пожаром, за исключением речных долин. В то же время на остальной территории расположены обширные участки негоревших междуречий. Граница фронта распространения огня была четко определена в северо-восточной части заповедника, где она проходила точно по линии контролируемого отжига. В то же время в юго-западной части заповедника требовалось точно определить границу распространения огн

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Космические исследования»