Оценка параметров и размеров вырубок по космическим снимкам высокого разрешения

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ И РАЗМЕРОВ ВЫРУБОК ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

Ануфриев М.А., Домрачеев А.А., Елсуков А.С., Черных Д.В.

The paper discusses accuracy for determination offorest cuttings by the high resolution remote sensing images of IRS, ICONOS and air images at 1:10000 scales.

С повышением разрешения космических изображений круг решаемых на основе их использования задач лесного хозяйства расширяется. Создается возможность получения дополнительной информации при слежении за порядком лесопользования; инвентаризации лесов; мониторинге санитарно-лесопатологического состояния лесов; контроле за техногенным загрязнением лесов и земель лесного фонда и пр.

При мониторинге порядка лесопользования космические изображения до настоящего времени использовались незначительно. В 2005 году Агентством лесного хозяйства РФ рекомендовано при мониторинге порядка лесопользования использовать материалы космических съемок с разрешением на местности от 5-10 м до 100 - 150 или аэрофотоснимков в масштабах 1-50000 и мельче в многолесных районах страны для решения различных задач. Для выявления мест концентрации сплошнолесосечных рубок в таежных районах страны материалы космических съемок с разрешением 100-150 м, для обобщенной оценки вырубок и определения мест проведения выборочной аэрофотосъемки 20 - 50 м и 5-10 м- для определения основных характеристик вырубок (размеры, размещение, сроки примыкания, направление рубки, наличие недорубов, завизирной рубки, выявление мест рубок, где они запрещены или на проведение их отсутствуют разрешительные документы и пр.). Для определения детальных характеристик - определения количества брошенной древесины, сохранности семенников, подроста, почвенного покрова предусмотрено проведение выборочной крупномасштабной аэрофотосъемки с разрешением на местности не хуже 10 см.

Данные рекомендации относятся к таежным лесам страны, где преобладают вырубки, имеющие значительные размеры по площади. В условиях Среднего Поволжья, к которому относится и Республика Марий Эл, преобладают рубки относительно небольшой величины. Ширина вырубок варьирует в пределах от 50 до 200 м, а площадь от долей га до 10-20 га. Поэтому прежде чем решить вопрос о возможности применения тех или иных материалов дистанционного зондирования при контроле за порядком лесопользования в лесном фонде Республики Марий Эл необходимо знать о точности, которую могут обеспечить те или иные космические снимки при измерении прежде всего параметров вырубок: ширины, длины, площади, а также степень надежности оценки пространственного размещения каждой вырубки в отдельности.

Бывшей научно -исследовательской частью ВО «Леспроект» в 80-х гг., а позднее Международным институтом леса и ЦЭПЛ РАН проведены определенные работы по оценке точности выделения рубок и оценки их площадей по космическим

снимкам МСУ-О, Landsat, SPOT, КФА-1000 применительно к условиям Иркутской обл., северных районов Европейско -Уральской части страны, а так же Московской обл. Но в выше перечисленных исследованиях отсутствуют данные о том, с какой точностью определяются по космическим изображениям линейные параметры вырубок, как в целом, так и с учетом их градаций по линейным величинам. Кроме того, все исследованные материалы, кроме изображений КФА-1000, имели разрешение хуже 10м. Не исследованы снимки IRS, имеющие разрешение 5,8 м, Ikorns 2м. Не исследована и точность определения параметров вырубок по аэрофотоснимкам масштабов 1:10000 -1:15000, хотя они принимались за эталон.

Поэтому был проведен цикл работ по оценке точности измерений по космическим изображениям высокого разрешения IRS, Ikorns и аэрофотоснимкам масштаба 1:15000 длины и ширины вырубок и определения их площади. В качестве контроля служили данные наземных измерений на 30 вырубках в хвойных (сосновых) и мягколиственных (березовых) лесах. По имеющейся совокупности измерений были рассчитаны систематические погрешности и построены уравнения взаимосвязи между длинной, площадью лесосеки и систематической погрешностью.

В таблице 1 представлены результаты исследований точности определения линейных параметров лесосек и площадей по изображениям, полученным с КА Ikonos, КА IRS и аэрофотоснимкам масштаба 1:15000. При увеличении длины или ширины лесосеки систематические ошибки растут при использовании всех типов изображений. При измерении линейных параметров по изображениям, полученным с КА IRS при длине (ширине) лесосеки от 50 до 450 метров результаты занижаются, наименьшая погрешность при длине лесосеки 450 метров с дальнейшим увеличением длины лесосеки результаты измерения по изображениям начинают завышаться. При использовании аэрофотоснимков с увеличением длины, увеличивается погрешность в сторону завышения, при проведении измерений по изображениям, полученным с КА Ikonos наименьшая погрешность в диапазоне длин 50-100 м.

Таблица 1 - Средние систематические и случайные погрешности при определении длинны, ширины и площади лесосек по результатам измерений

Данные дистанционно- Длинна Площадь

го зондирования погрешность погрешность погрешность погрешность

систематическая случайная систематическая случайная

IRS -1,6 0,7 -2,8 2,2

Аэрофотоснимки 0,8 0,3 1,5 0,6

Ikonos -1,52 0,5 -2,5 1,2

Выводы: при мониторинге порядка лесопользования в качестве технической основы рекомендуется использовать космические снимки с пространственным разрешением не хуже 5-10 м и АФС. Аналогами таких материалов на современном этапе являются изображения IRS, полученные в панхроматическом канале, Ikonos при многозональной съёмке, Quick Bird. Применение многозональной съёмки пр едпо чтительнее.

По данным изображениям могут быть обнаружены и оценены вырубки площадью 0,5 га и более.

Литература

1. Ануфриев М.А. Изучение динамики покрытых лесом площадей Республики Марий Эл с применением дистанционных методов зондирования Земли / М.А. Ануфриев // Кадровое и научное сопровождение устойчивого управления лесами: докл. междунар. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. С 231 - 237.

2. Сухих В.И. Оценка информативности космических фотоснимков высокого разрешения для инвентаризации лесов/ В.И. Сухих, В.М. Жирин, Т.А. Зиемелис, А.В. Шаталов // Исслед. Земли из космоса. - 1996. - № 2. - С. 45-56.