Полная версия научной работы 1335 КБ
advertisement
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ КАРТИРОВАНИЯ ЛЕСНОГО ПОКРОВА Голов В.Н. Университет «Дубна» Дубна, Россия ASSESMENT OF CAPABILITIES OF REMOTE METHODS FOR MAPPING OF FOREST COVER Golov V.N. University of Dubna Dubna, Russia Инвентаризация лесного покрова на больших территориях с помощью обычных методов (сбор данных на трансектах, картографирование с помощью наземных методов) сопряжена с большими трудностями, в первую очередь экономическими. Поэтому возникает необходимость метода мониторинга лесного покрова на больших территориях, с меньшими экономическими затратами. В данном случае, особый интерес представляют ГИС технологии. Преимущества использования информации с данных спутниковых систем бесспорны, ведь пространственную картину на больших территориях можно получить только с использованием космических спутников. С помощью дополнительных методов количественной обработки имеющейся информации возможно получение тематических карт, отражающих не только породновозрастные классификационные категории, но и параметры типологического и таксономического разнообразия лесного покрова [1]. Таким образом, возможно выделение классов и получение информации о породном составе, и даже продуктивности лесного покрова на огромных территориях в сходных климатических поясах. Полученные снимки в псевдоцветах позволяют точно идентифицировать лесной покров, и представляют из себя своеобразную базу данных, которая теоретически может содержать такую информацию как чистая первичная продукция, фитомасса, породный состав и тд. К тому – же такой вид хранения позволяет постоянно обновлять информацию о лесном покрове, поэтому может быть поставлена и задача мониторинга быстропротекающих процессов, таких, как изменение состояния лесного покрова в результате засух, пожаров, вспышек энтомозаражения [2]. Поэтому ГИС на данный момент являются одним из лучших и эффективных методов мониторинга, а так же инструментов картирования лесного покрова. Целью данной работы является оценка возможностей картирования лесного покрова дистанционными методами с применением ГИС технологий, в нашем примере – программы ArcGis, и оценка эффективности такого картирования. Исследования проводились на 5 тестовых участках площадью 0.12га, в 3-х разных экосистемах Валдайского заповедника: 1. Ельник • Пробная площадь №1 – 120-летний ельник. • Пробная площадь №2 – Разновозрастный ельник 2. Молодой мелколиственный лес с примесью ели • Пробная площадь №3 – Молодой мелколиственный лес с примесью ели (возраст около 20 лет), сформировавшийся после распада ельника 3. Окно распада (сухостойный ельник) • Пробная площадь №4 – Участок сухостойного ельника с ветровалами и ветроломами • Пробная площадь №5 – Участок сухостойного ельника с ветровалами и ветроломами Расположение пробных площадей приведено на рис.1. Границы тестовых зон выделены разными цветами, красными точками помечены границы многочисленных окон распада. Снимок сделан спутником Ресурс-П, разрешение 3м/пиксель, что позволяет детально идентифицировать лесной покров. Рис. 1. Расположение пробных площадей и окон распада на территории Национального парка «Валдайский» (выделены контуром разных цветов). Снимок сделан космическим спутником Ресурс-П 10.04.14 разрешением 3м/пиксель. Для изучения пробных участков, на них были проведены таксационные измерения, а именно: подсчет количества древостоя, измерения диаметра стволов на высоте груди (1.3м), измерения высот выборочных деревьев, оценка их состояния в соответствии с Санитарными правилами в лесах РФ. Для привязки положения пробных площадей и контуров сухостоев, с помощью навигатора Garmin Etrex 30 зафиксировано 242 координатных точки (координаты 5 пробных площадей, и 7 контуров сухостоев). Для увеличения точности картирования лесного покрова Валдайского заповедника, было решено использовать обширные таксационные данные, собранные сотрудниками НИЦ «Планета», а данные наших пробных площадей и контуров сухостоев использовать как проверку результатов картирования. В итоге, нами было получено общее цветное синтезируемое изображение (рис.2) с положением пробных площадей и контуров сухостоев, полученных сотрудниками НИЦ «Планета». Рис. 2. Общее цветное синтезируемое изображение лесного покрова Национального парка «Валдайский» с координатами пробных площадей (выделены контуром разных цветов), собранных сотрудниками НИЦ «Планета». Снимок сделан космическим спутником Канопус 21.09.14 разрешением 3,5м/пиксель. На данном космическом снимке представлены все данные о координатах пробных площадей, собранных сотрудниками НИЦ «Планета». Цветами отмечены подтопленные участки, травяной покров, древостои ели, верховые болота с сосной, лиственные и смешанные леса, открытые болота и т.д. После этого, в программе ArcGis 10.1, с помощью алгоритма распознавания изображения с обучением, был получен общий снимок части Валдайского заповедника в псевдоцветах (рис.3). Рис. 3. Космический снимок в псевдоцветах с изображением классов лесного покрова, полученный в результате обработки в программном комплексе «Planeta Monitoring». На данном космическом снимке хорошо различимы отдельные классы лесного покрова. Заметно, что начинают преобладать березово – сосновые и лиственные леса. Хотя и еловые леса все еще имеют большую долю в лесном покрове. На снимке заметны заболоченные и подтопленные участки леса. Смешанные леса занимают небольшую территорию. Так – же на снимке присутствует много окон распада, в особенности в местах преобладания лиственных лесов. После этого, координаты наших пробных площадей были перенесены на данный снимок в псевдоцветах, и проведена идентификация лесного покрова. (рис. 4). Рис. 4. Итоговый сравнительный космический снимок в псевдоцветах, с местоположением пробных площадей и окон распада. На данном космическом снимке наши исследования показали достаточно близкое совпадение с наземными данными и оказались близкими к результатам классификации снимка, а границы контуров сухостоев и пробных площадей близки к границам по карте. На снимке видно, что контуры наших пробных площадей четко совпадают с теми классами, которые выделены на снимке. Участки заметно выделяются на фоне остального покрова, видно соответствие породного состава на снимке и фактическими данными. По снимку хорошо заметно, что пробная площадь №1 состоит из насаждений ели, с небольшими примесями сосны и смешанных лесов, что полностью согласуется с нашими фактическими данными, полученными на полигоне (ель занимает 90% пробной площади). Пробная площадь №2 на 30% состоит из лиственных лесов (преимущественно рябина), остальные 70% занимает ель, что так – же наглядно видно на рисунке. Пробная площадь №3 – самая разнообразная площадка по породному составу, что видно уже невооруженным глазом. Около 50% площадки занимают лиственные леса (рябина), ель занимает около 20% покрова, смешанный лес, в классификацию которого вошла ива козья – 20%, 10% занимает береза. Хотя и имеются некоторые отклонения (на карте присутствую елово – сосновые леса, хотя в выборке их не было), снимок дает довольно четкое описание породной характеристики лесного покрова, и даже ее процентный состав. Породный состав 4 пробной площади не совсем соответствует данным, представленным на снимке, так как данный объект обладает недостаточной информационной обеспеченностью, возможные причины кроются в малом размере объекта, смещении пикселей, недостаточности выборки подобных объектов. Для уточнения данных об объектах, подобных объектам на пробной площади №4, необходимо проводить повторные измерения на большей площади. Пробная площадь №5 является окном распада, ее породный состав практически на 100% состоит из ели, что явно видно на космическом снимке. По снимку ясно, что еловые леса все еще и преобладают в лесном покрове. Однако заметно, что на смену им приходят лиственные и смешанные леса (рябина, ива, береза, сосна, черемуха и др.). На снимке видно множество заболоченных участков с сосной, в особенности вблизи, или в окнах распада. Березово – сосновые леса занимаю очень обширную территорию справа на снимке, так как в данной области очень много заболоченных участков. Видно, что травяной покрова на данных территориях так – же обширен. Начинают появляются области с молодым подростом деревьев и кустарников. Был сделан вывод о том, что в Валдайском заповеднике в данный момент происходит смена преимущественно еловых лесов на леса мелколиственные. Таким образом, на примере картирования Валдайского заповедника, было показано, что с помощью дистанционных методов возможна идентификация лесного покрова, а так – же интерполяция результатов на большие территории со сходным породным составом. С помощью ГИС возможно прослеживать и прогнозировать динамику растительного покрова, при условии наличия долговременных измерений. К примеру, уже сейчас по обработанным снимкам можно сказать, что в дальнейшем в зонах распада будет преобладать мелколиственный лес, который придет на смену еловому. С помощью дистанционных методов возможно оценивать и продуктивность лесного покрова, однако, собранных нами данных в процессе полевых работ для поиска корреляции между спектральным откликом растений и их продуктивностью не достаточно. Это далеко не весь перечень возможностей дистанционного зондирования лесов. В данный момент идет активный процесс изучения возможностей других программных комплексов типа ГИС, а в частности, QuantumGis, MultiSpec, ENVI. Анализируются возможности оценки продуктивности, фитомассы и других характеристик лесного покрова по спектральному отклику растений, уточнения интерполируемых данных на сходные территории, отражения динамики и прогнозирования состояния лесного покрова дистанционными методами. Список литературы 1. Макаренко Е.Л. Оценка и картографирование экологического и древесно – сырьевого потенциала лесов. Научный журнал «География и природные ресурсы». №1. 2007. С. 115-123. 2. Черепанов А.С., Дружинины Е.Г. Спектральные свойства растительности и вегетационные индексы. Геоматика. №3. 2009. С. 28 – 32.
