Разработка методики геопространственного анализа деградации лесной растительности по гиперспектральным данным дистанционного зондирования

• Автор: Митрофанов, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 25.00.35
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Анализ применения данных дистанционного зондирования земли и геоинформационных технологий для решения задач лесного
хозяйства
1.1. Геоинформационные системы в лесном хозяйстве
1.1.1. Основные пути применения геоинформационных систем в лесном хозяйстве
1.1.2. Основные цели государственной инвентаризации лесов, решаемые ГИС
1.1.3. Основные ГИС применяемые для нужд лесоустройства и требования к ним
1.2. Данные дистанционного зондирования Земли
1.2.1. Современные системы дистанционного зондирования, применяемые при исследовании лесопокрытых земель
1.2.2. Гиперспектральная съемка и решаемые посредством нее задачи для нужд лесного хозяйства
1.2.3. Анализ уровня современных технологий исследования лесов
по данным дистанционного зондирования
Выводы по первой главе
2. Спектральные свойства древесной растительности
2.1. Спектрально отражательные характеристики древесной растительности
2.2. Гиперспектральные вегетационные индексы как эффективный инструмент исследования растительного покрова на основе материалов дистанционного зондирования
2.2.1. Гиперспектральные вегетационные индексы
2.2.2. Применение гиперспектральных вегетационных индексов
Выводы по второй главе
3. Методика геопространственного анализа деградации лесной растительности по гиперспектральным данным дистанционного зондирования
3.1. Методическая схема
3.2. Анализ информативности узкополосных индексов
3.2.1. Выбор спектральных индексов
3.2.2. Критерии выбора объектов исследования
3.2.3. Данные лесотаксационных обследований и их анализ
3.3. Анализ результатов спектральной обработки данных дистанционного зондирования и материалов лесотаксационных обследований статистическими методами

3.4. Методика оценки связи между категорией новрежденности растительных насаждений и их спектральными отражательными свойствами
3.5. Картографирование лесопокрытых земель по данным ДЗ
Выводы по главе
4. Эксперимент по оценке состояния сосновых лесов на основе ГИС обработки гиперспектральных данных дистанционного зондирования
4.1. Задачи эксперимента и природная характеристика тестового района
4.2. Описание исходных данных для эксперимента
4.3. Формирование базы данных ГИС на экспериментальный участок и создание моделей для извлечения и каталогизации из нее информации
4.4. Создание узкополосных индексных изображений
4.5. Оценка степени информативности спектральных показателей
4.6. Создание комбинационной картосхемы для оценки деградации
лесной растительности
Выводы по главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования:
На долю лесов России приходится примерно 24% объема от лесного покрова всей планеты и они являются уникальной природной экосистемой, имеющие глобальное ресурсное и социальное значение. Леса являются важнейшей частью природной биосферы и их состояние и продуктивность тесным образом связана с деятельностью человека и влияет на жизнеспособность и потенциал развития человеческого общества.
Лес непрерывно претерпевает изменение в результате воздействия природных и антропогенных факторов. Некоторые из этих изменений могут приводить к серьезным нарушениям структуры лесных биогеоценозов. Наиболее негативными из этих факторов являются: бесконтрольная
деятельность человека, активность насекомых-вредителей, лесные пожары и др.
В России с ее огромными лесными территория традиционно уделяется большее внимание проблеме мониторинга лесов, в рамках мероприятий по изучению, контролю за их состоянием и использованию. Современное состоянии развития средств и методов лесного мониторинга с целью разработки долгосрочной стратегии рационального использования лесных ресурсов и защиты окружающей среды в обязательном порядке предполагает использование материалов дистанционного зондирования и геоинформационных систем (ГИС), в виду больших площадей изучения и большого объема информации, накопленной в рамках плановых мероприятий по выполнению государственной инвентаризации лесов.
Современное развитие средств дистанционного зондирования, способных
получать информацию о растительных объектах с высоким спектральным
разрешением, требует создания соответствующих ГИС-технологий и
программных средств ее анализа, что позволит разработать принципиально

[46,71,96]. Исследуется методика использования цифровых сканерных снимков отслеживания динамики рубок [86].
Исследования в области оценки таких параметров древостоя, как продуктивность, биомасса, биометрия [39] геоинформационного моделирования растительных экосистем [82], картографирования и моделирования возраста древостоя лесных земель с применением ДДЗ [24], а также определения характеристик в рамках инвентаризации лесов [85,53].
Изучена потенциальная возможность использования вегетационных индексов для анализа состояния растительности [42,106], подвергнуты анализу изменения спектральных характеристик растительности под влиянием загрязнения атмосферы [2], изучен а методика мониторинга последствий лесных пожаров [37;7,10], разрабатываются вопросы организации оперативного космического мониторинга [17]. Было проведено исследование возможности классифицировать растительный покров по гиперспектральным изображениям [Чабан, 2009].
Таким образом, исследование лесов по данным дистанционного зондирования с одной стороны, выходит в России на новый уровень и стремительно развивается, но с другой стороны ряд факторов тормозит эти процессы. Развитию средств мониторинга лесов по материалам дистанционного зондирования препятствует ряд сложившихся факторов, таких как отсутствие бесплатных национальных архивов с актуальными данными, отставание при разработке отечественного программного обеспечения (ПО), незначительное число оптико-электронных съемочных систем.
Державы, обладающие крупными площадями лесопокрытых земель в начале двадцать первого века пришли к пониманию необходимостью их мониторинга. В России действует нормативный документ «Инструкция по проведению лесоустройства в лесном фонде России», который предусматривает