Методика создания системы полевых эталонов Среднего Приангарья в целях дешифрирования таежных ландшафтов на аэрокосмических снимках

УДК 528.94

А.В. Коптев, Л.А. Пластинин ИрГТУ, Иркутск

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ ПОЛЕВЫХ ЭТАЛОНОВ СРЕДНЕГО ПРИАНГАРЬЯ В ЦЕЛЯХ ДЕШИФРИРОВАНИЯ ТАЕЖНЫХ ЛАНДШАФТОВ НА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СНИМКАХ

Рассмотрена методика создания системы полевых эталонов Среднего Приангарья. По результатам обследования территории на основе анализа методологических принципов эталонирования сформировано содержание тематических групп эталонов, в целях дальнейшего создания ландшафтногипсометрических моделей, полученных из ЦМР и ландшафтных карт.

A.V. Koptev, L.A. Plastinin

National Research Irkutsk State Technical University

83 Lermontova UI, Irkutsk, Russian Federation

METHOD OF ESTABLISHMENT A SYSTEM OF FIELD STANDARDS AVERAGE PRIANGARIE FOR INTERPRETATION OF TAIGA LANDSCAPES ON AEROSPACE IMAGES

The method of establishment a system of field standards of the Middle Priangarie. The survey area based on analysis of the methodological principles of standardization shape the content of the thematic groups of standards, in order to further establishment of landscape and hypsometric models derived from the DEM and landscape maps.

По концепции Б.В. Виноградова, аэрофотографическим эталоном служит типичное фотоизображение того или иного объекта, которое с заданной степенью вероятности характеризует всю совокупность изображений объектов данной категории на аэроснимках при определенных технических и природных условиях аэрофотосъемки [1]. Путем сопоставления с эталоном с определенной величиной ошибки может производиться дешифрирование однотипных объектов на аналогичных территориях.

Независимо от технических средств и уровня развития технологий получения аэрокосмических данных, основные этапы и эталонирования остаются неизменными и заключаются в выборе и комплексной полевой аннотации эталонов различных объектов природного, антропогенного и культурного ландшафта на аэрофотоснимках и космических изображениях. Процесс эталонирования состоит из следующих основных этапов:

1) Предварительный анализ имеющихся геопространственных данных и предполевое изучение территории;

2) Полевое обследование (комплексная полевая аннотация эталонов) и классификация объектов;

3) Дешифрирование (анализ фотоизображений);

4) Выбор эталонов;

5) Проверка эталонов (устойчивость и пространственно-временная стабильность эталонов);

6) Систематизация эталонов и составление поискового ключа.

Эталонирование геопространства выполняется с использованием разных типов эталонов, которые можно обобщенно классифицировать по следующим характеристикам:

1) Комплексность содержания;

2) Сложность структуры показанных на аэрофотоснимке объектов;

3) Размерность объектов, показанных на эталонах.

Исходя из задач эталонирования признаков дешифрирования ландшафтов, сделан акцент на разработку специальных, тематических эталонов дешифрирования. Для корректной интерпретации результатов автоматической классификации многоспектральных снимков принято решение ограничить сложность создаваемых эталонов, то есть согласно принятой классификации по сложности структуры созданные эталоны могут быть отнесены к группе «простые эталоны» (с другой стороны, для эталонов «гари» термин «простые» может быть не совсем корректным - гари являются довольно сложным природным объектом, отражающим определенные структуры и микроландшафты). Согласно признаку размерности объектов, выбранные эталоны отнесены к категории элементарные (индивидуальные) эталоны.

Таким образом, на основе анализа методологических принципов эталонирования, нами сформированы следующие тематические группы эталонов:

1) Эталоны естественных элементов ландшафта: лесной покров; гари; болота; естественно-природные водные объекты.

2) Эталоны ландшафтов с элементами антропогенного влияния: вырубки; дорожная сеть; просеки ЛЭП; открытая, нарушенная поверхность (открытые разработки, карьеры, драги); сельскохозяйственные угодья (пашни, луга); природные водные объекты с элементами антропогенного воздействия.

Согласно общим принципам эталонирования географического пространства в целях дешифрирования материалов аэрокосмических съемок, в рамках настоящего проекта был использован ландшафтный подход. Реализация данного подхода в рамках данного проекта выполняется на основе использования карт ландшафтов Среднего Приангарья, составленных в Институте географии им. В.Б. Сочавы СО РАН (фрагмент ландшафтной карты приведен на рис. 1) [2, 3]. В результате предварительного анализа ландшафтов на территорию выполнения работ намечены основные районы, которые могли бы быть использованы как эталонные участки.

Составление эталонов производится путем

выполнения комплекса наземных работ на ключевых участках. Оно обычно является

результатом картирования «методом ключей». При составлении эталонов

производится детальное наземное исследование всех компонентов ландшафта каждой из ландшафтных территориальных единиц, отличающихся своеобразием природных условий и выделяемых при данном масштабе эталона. Все выявленные особенности ландшафта сопоставляются с их изображением на аэрофотоснимке или синтезированном космическом фотоизображении. Во многих случаях, целесообразно использование синтеза цифровых изображений в естественных цветах, а также в псевдоцветах с использованием инфракрасной зоны спектра.

Полевое обследование в районе Усть-Илимского водохранилища выполнено в августе 2009 года, позднее в июне-июле 2010 года - в районе Братского водохранилища. Целью

полевого экспедиционного обследования было уточнение ландшафтной структуры территории, общей

характеристики антропогеннотехногенной нарушенности среды, а также отработка признаков дешифрирования объектов местности,

представляющих интерес для решения задач оперативного мониторинга природной среды.

Анализ, систематизация и обработка результатов

полевого обследования

выполнены в 2009-10-х годах с целью их использования для

Рис. 2 Положение геопривязанных фотоснимков полевого и аэровизуального обследования на космическом снимке Ьапёва1-

5 ТМ

Рис. 1. Фрагмент карты ландшафтов Среднего Приангарья

автоматической классификации и визуального анализа многоспектральных изображений. В результате анализа информативности фотографий наземного полевого обследования отобрано 75 наземных снимков, пригодных для отождествления природных объектов и образований. Положение точек фотографирования было визуально опознано на космических изображениях, в результате чего была выполнена географическая привязка снимков наземного полевого обследования. На рис. 2 показано расположение геопривязанных фотоснимков (положение точек наземного обследования фотографирования указано символом «звезда» с заливкой красным цветом).

Анализ объектов, изображенных на наземных снимках, позволил сформировать несколько групп фотодокумен-тированных эталонных участков местности. Также в результате анализа информативности фотографий, полученных с борта самолета в процессе аэровизуального обследования, полученная информация была разделена на следующие категории природных объектов и образований:

- Свежие вырубки;

- Заросшие вырубки;

- Открытые разработки (карьеры);

- Застроенные территории и промышленные объекты;

- Сельскохозяйственные объекты (пашни, луга);

- Лесные массивы.

Общее количество фотоснимков аэровизуального обследования, пригодных для использования в качестве эталонных снимков - более 50.

Положение точек фотографирования было визуально опознано на космических изображениях, в результате чего была выполнена географическая привязка снимков аэровизуального полевого обследования. Расположение геопривязанных снимков также указано на рис. 2 символом «самолёт» с заливкой желтого цвета.

Образцы снимков аэровизуального обследования, использованных в качестве фото-документированных эталонных участков местности, приведены на рис. 3.

После визуального дешифрирования и автоматической спектральной классификации изображений результаты исследований вносятся в созданную базу данных как основной, независимый элемент структуры базы данных. Каждый эталонный участок сопровождается фото-документированными материалами полевого или аэровизуального обследования, с указанием географических координат эталона и детальным описанием в виде атрибутивной информации базы данных. Местоположением эталонных участков с образцами автоматической классификации и визуального дешифрирования наносятся на обзорный снимок «Каскад» с нанесенными границами ландшафтов для выполнения контроля покрытия территории эталонными участками. Существенным преимуществом является создание ландшафтно-гипсометрических моделей [4], полученные из цифровых моделей рельефа (ЦМР) и ландшафтных карт, и характеризующие свойства

исследованных компонентов ландшафта и демонстрирующие выявленные взаимосвязи между ними.

Рис. 3. Результаты анализа материалов аэровизуального обследования.

Тестовый полигон «Свежие вырубки»

В результате обследования создана система мониторинга эталонных полигонов дешифрирования таёжных ландшафтов Среднего Приангарья. В ходе него разработана комплексная система наблюдения за состоянием природной среды на ключевых эталонных участках. А также проведён сбор разновременных космических материалов и их дешифрирование в целях оценки и прогноза изменений состояния природной среды на данных эталонных полигонах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Виноградов, В. В. Принципы аэрофотографического эталонирования растительности // Аэрофотографическое эталонирование и экстраполяция.- М.: АН СССР - М., 1967.

2. Атлас. Иркутская область: Экологические условия развития. - М.; Иркутск: Ин-т географии СО РАН, 2004. - 90 с.

3. Карта «Ландшафты юга Восточной Сибири». Масштаб 1:1 500 000 /

В.С. Михеев, В.А. Ряшин. - М.: ГУГК, 1977.

4. Гиенко, А. Я. Космический мониторинг зоны влияния Богучанской ГЭС на Ангаре / А.Я. Гиенко, Г.А. Гиенко.- Новосибирск: СО РАН, 2006. - 164 с.

© А.В. Коптев, Л.А. Пластинин, 2011