Полуавтоматическое выявление вырубок леса на мультивременных радарных и радарно-оптических цветных композитах

0

Ю. И. Кантемиров, Д. Б. Никольский

Введение 

Космический мониторинг широко применяется для решения широкого круга задач лесного хозяйства во всем мире. Космические снимки земной поверхности, сделанные в различных диапазонах электромагнитного спектра, позволяют оперативно, с необходимой  периодичностью, получать наглядную независимую дистанционную информацию о состоянии лесов. Однако, особенно в условиях огромных площадей, которые занимают леса в России, серьезным препятствием для регулярного космического мониторинга в оптическом диапазоне становится облачность.

При ежегодном мониторинге многие участки лесов не могут быть отсняты из-за облачности спутниками сверхвысокого разрешения с узкой полосой съемки, в связи с чем на эти не отснятые участки приходится выполнять съемку с других спутниковых аппаратов меньшего разрешения, но с большей полосой съемки. Поэтому каждый год различные участки оказываются покрытыми данными с разных космических аппаратов с разными характеристиками. Приходится составлять мозаики из снимков, сделанных различными космическими аппаратами, и анализировать мультивременные композиты, составленные из снимков, сделанных различной спутниковой аппаратурой.

В качестве альтернативы, как минимум — для мониторинга вырубок на участках, не покрытых оптическими данными к концу съемочного сезона, а в будущем – и для определения породного состава леса, компания «Совзонд» предлагает рассмотреть возможность применения всепогодных и не зависящих от облачности космических радарных съемок.

В качестве примера комплексного применения радарных и оптических космических съемок для решения задач выявления вырубок, произошедших за период между оптической съемкой 2010 г. и радарной съемкой 2011 г. можем привести проект, выполненный совместно специалистами филиала ФГУП «Рослесинфорг» «Центрлеспроект» и специалистами компании «Совзонд».

Выполнение радарных съемок в 2011 году

К концу съемочного сезона 2011 г. оптические спутники сверхвысокого разрешения не смогли безоблачно отснять территорию Бабушкинского лесничества (одно из лесничеств «Центрлеспроекта»), ежегодно снимаемого для задач выявления вырубок. Поэтому — для того чтобы гарантированно получить актуальное покрытие данными ДЗЗ за 2011 г. — в срочном режиме была запланирована радарная космическая съемка этого участка со спутников COSMO-SkyMed, позволяющая получить цветной радарный композит MTC.

Вся площадь лесничества не зависимо от облачности и освещенности была отснята интерферометрическими парами радарных снимков с пространственным разрешением 3 м за 9 дней (одна пара — 2 и 3 октября, вторая пара — 6 и 10 октября). Схема покрытия территории Бабушкинского лесничества отснятыми кадрами COSMO-SkyMed приведена  на рис. 1. По каждой интерферометрической паре был построен цветной радарный композит MTC. Композит на одну из сцен площадью 40 х 40 км приведен на рис. 2. Как видно из рис. 2, для данного типа территории на композите MTC наиболее четко разделяются следующие типы территории: ненарушенный лес — зеленым цветом; участки без растительности (поля с убранным урожаем и свежие вырубки) — ярко-синим цветом; участки со слабой природной растительностью (болота, старые вырубки с восстановлением растительности) — бледно-синим цветом.

ris_1-copy_web
Рис. 1. Схема съемки территории Бабушкинского лесничества (красный контур) со спутников COSMO-SkyMed (голубые контура — полосы съемки)

 

ris_2_web
Рис. 2. Пример одного из цветных радарных композитов MTC, построенных по двум радарным съемкам от 2 и 3 октября, на территорию Бабушкинского лесничества

 

Методика выделения новых вырубок 

Для выделения новых вырубок, произошедших за период с 2010 по 2011 гг. анализировались оптические снимки SPOT 2010 г. (рис. 3) и радарный композит MTC 2011 г. (рис. 4). Далее из них составлялся мультивременной оптико-радарный композит (рис. 5), на котором новые вырубки (за период с 2010 по 2011 гг.) автоматически выделялись розовым цветом и затем оконтуривались вручную (рис. 6–7).

ris_3_web
Рис. 3. Снимок SPOT-5 (2010 г.)

 

ris_4_web
Рис. 4. Продукт MTC сгенерированный по паре снимков COSMO-SkyMed (2011 г.)

 

ris_5_web
Рис. 5. Мультивременной композит 2010–2011 гг.  (SPOT-5+COSMO-SkyMed)

 

ris_6_web
Рис. 6. Контура вырубок за период 2010–2011 гг.

 

ris_7
Рис. 7. Слева-направо: оптический снимок SPOT-5 2010 г., цветной радарный композит 2011 г. и мультивременной оптико-радарный композит 2010–2011 гг., показывающий розовым цветом новые вырубки, произошедшие за период с 2010 по 2011 гг.; внизу то же, но с оконтуренными в ручную новыми вырубками

 

Таким образом, методика выделения вырубок с помощью оптико-радарных мультивременных композитов довольно проста и аналогична выявлению изменений по чисто оптическим мультивременным композитам. Конечно, визуальное качество мультивременного композита, построенного по только оптическим данным за разные даты, — значительно выше качества радарно-оптического композита. Однако радарные данные, за счет своей не зависимости от облачности и освещенности, позволяют гарантированно получить необходимую информацию о вырубках к нужной дате с незначительной потерей точности картирования границ вырубки.