Зондирование лесного покрова высокочастотными импульсными лазерами и цифровыми аэро- и космическими фотоаппаратами сверхвысокого разрешения: опыт применения в Сибири
Автор: Данилин А.И., Данилин И.М., Свищев Д.А.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Радиолокационная поляриметрия и интерферометрия. Радиометрия земных покровов
Статья в выпуске: 5 (51), 2013 года.
Бесплатный доступ
Обсуждаются результаты исследований по использованию данных высокочастотной импульсной лазерной локации и цифровой аэро- и космической съемки сверхвысокого разрешения для целей таксации и мониторинга лесов в Красноярском крае в 2012 г. По данным воздушного лазерного сканирования, аэро- и космической съемки сверхвыскокого разрешения и наземных измерений на пробных площадях, составлен цифровой план лесных насаждений опытного полигона. Разработаны и переданы в ФГУП «Рослесинфорг» для расширенной производственной апробации методические рекомендации по использованию воздушной лазерной и цифровой аэро- и космической съемки для целей таксации и мониторинга лесов в лесном фонде Российской Федерации. Обоснована необходимость продолжения исследований в части изучения возможностей интегрирования данных оптических сенсоров с радарами с синтезированной апертурой, разработки программных модулей автоматизированной обработки мультисенсорных данных дистанционного зондирования леса.
Высокочастотная импульсная лазерная локация, цифровая аэро- и космическая съемка сверхвысокого разрешения, таксация и мониторинг лесов, красноярский край
Короткий адрес: https://sciup.org/148177210
IDR: 148177210 | УДК: 629.78;
Remote sensing of forest cover by high-frequency pulse lasers and digital ultra-high resolution aerial and space cameras: experience of application in Siberia
The results of studies on the use of high-frequency pulse laser location and digital ultra-high resolution aerial- and space photography data applied to forest inventory and monitoring at Krasnoyarsk territory in 2012 are discussed. Based on airborne laser scanning, extra high resolution aerial and satellite imagery and surface measurements on sample plots a digital forest map has been made for the testing grounds. The methodical guidelines on the use of aerial laser scanning and high resolution digital aerial and satellite imagery for inventory and monitoring in the forests of the Russian Federation are developed and transferred to the Federal State Unitary Enterprise «Roslesinforg» for the expanded practical testing. The necessity to continue research in the study of integrating optical sensors'' data with synthetic aperture radar, the development of software modules for automatic processing of multisensor remote sensing data of forests is proved.
Текст научной статьи Зондирование лесного покрова высокочастотными импульсными лазерами и цифровыми аэро- и космическими фотоаппаратами сверхвысокого разрешения: опыт применения в Сибири
Зондирование лесного покрова высокочастотными импульсными лазерами и цифровыми аэро- и космическими фотоаппаратами сверхвысокого разрешения представляется перспективным направлением дистанционного мониторинга лесов при комплексирова-нии данных радаров с синтезированной апертурой (РСА) с данными оптического диапазона [1–11].
В 2012 г., в продолжение и развитие ранее выполненных работ [2–6], в Красноярском крае были выполнены исследования по использованию данных высокочастотной импульсной лазерной локации и цифровой аэро- и космической съемки сверхвысокого разрешения для целей таксации и мониторинга лесов. Исследования проводились на общей площади 110 км2, на опытном полигоне Погорельского лесного стационара Института леса СО РАН. Примерные географические координаты центра опытного полигона – 56 ° 22 ' с. ш., 92 ° 55 ‘ в. д.
Основными целями исследований явилось совершенствование алгоритмов дешифрирования таксационных показателей лесных насаждений на основе данных лазерной и цифровой аэро- и космической съемки, а также разработка и адаптация программного обеспечения, позволяющего обрабатывать данные съемки и получать таксационные характеристики насаждений в автоматизированном режиме.
Аэросъемочные работы выполнялись с борта самолета АН-2, воздушным лазерным сканером RIEGL Q560, совместно с цифровым аэросъемочным комплексом IGI DigiCAM, включающим цифровую камеру Hasselblad H39/mp и фазовый GPS-приемник Novatel OEM 4/5.
Основой для планирования и трассирования маршрутов аэрофотосъемки и контурного дешифрирования лесных участков служили космические циф- ultra-high resolution aerial- and space photography, forest ровые снимки ближнего инфракрасного диапазона, геометрическим разрешением 50 см на пиксель, выполненные в системе World View-2 в июне 2012 г. (рис. 1).
Дешифрирование аэро- и космических снимков производилось в интерактивном режиме с использованием компьютерной программы ArcGis и функции пространственного анализа «Spatial Analist» [12], с доработанными лесотаксационными модулями. На аэро-и космических снимках и лазерных сканах выполнялось наложение и совмещение границ таксационнодешифровочных пробных площадей, с опознованием и контролем на местности (рис. 2).
Дешифровочные данные сопоставлялись с наземными инструментальными измерениями на таксационно-дешифровочных пробных площадях, заложенных в границах опытного полигона.
В результате выполненной работы были выявлены взаимосвязи таксационно-дешифровочных признаков лесных насаждений, по которым в автоматическом режиме актуализировались средние высоты, средние диаметры, суммы площадей поперечных сечений стволов, средние возрасты, полноты и запасы составляющих древесных пород. Построены гистограммы распределений по таксационным признакам древостоев. При расчете уравнений взаимосвязей и статистических показателей использовался программный комплекс StatSoft [13] (рис. 3).
Сопоставление результатов дешифровочных и наземных измерений характеризуется достаточно высокими индексами детерминации (R2 = 0.8999-0.9195). Наибольшая случайная ошибка определения средней высоты древостоя по данным лазерной съемки не превысила 7,0 %. Случайная ошибка для всех наблюдений находится в пределах 59,4 см или 2,1 %.
Рис. 1. Контурное дешифрирование таксационных выделов, выполненое специалистом таксатором по цифровому космическому снимку сверхвысокого разрешения WorldView-2 (NIR, ближний инфракрасный диапазон, геометрическое разрешение 50 см на пиксель)
Рис. 2. Трехмерное лазерно-локационное отображение древостоя с наложением границ таксационно-дешифровочной пробной площади и инвентаризационных кругов постоянного радиуса системы наземной таксации FieldMap
0) ч
K-S d=,11758, p<,01 ; Lilliefors p<,01
50 0
Ожидаемое нормальное распределение
-5 0 5 10 15 20 25 30
Н, м
0 4 8 12 16 20 24 28
Суммарные статистики: H
в ыдел
Количество наблюдений N =978
Среднее значение = 19,4678
Минимум = 1,00
Максимум = 27,00
Стандартное отклонение = 5,3512
Н, м
Mean = 19,4678 Mean±SD
= (14,1165, 24,8191)
Mean±1,96*SD
= (8,9793, 29,9563)
Рис. 3. Гистограмма и основные статистики распределения высот деревьев, определенных при таксации на опытном полигоне
По данным дистанционного зондирования и наземных измерений составлен цифровой план лесонасаждений опытного полигона. Разработаны и переданы в ФГУП «Рослесинфорг» для расширенной производственной апробации методические рекомендации по использованию воздушной лазерной и цифровой аэро- и космической съемки для целей таксации и мониторинга лесов в лесном фонде РФ.
Обоснована необходимость продолжения исследований в части изучения возможностей интегрирования данных оптических сенсоров с РСА, разработки программных модулей автоматизированной обработки мультисенсорных данных дистанционного зондирования леса.
