Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 124-134
Оценка динамики и нарушенности лесного покрова в Среднем Поволжье по снимкам Landsat
О.Н. Воробьев
1 , Э.А. Курбанов
1 , Ю.А. Полевщикова
1 , С.А. Лежнин
1 1 Поволжский государственный технологический университет, Центр устойчивого управления и дистанционного мониторинга лесов, Йошкар-Ола, Россия
Одобрена к печати: 26.08.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-3-124-134
На примере территории Среднего Поволжья России проведена оценка динамики классов (страт) лесов и нарушенности лесного покрова за 1985–2014 гг. по разновременным спутниковым снимкам Landsat. Для валидации полученных тематических карт Landsat были использованы 720 тестовых участков независимых данных полевых исследований, лесоустроительных планов насаждений, а также существующие региональные карты наземного покрова. При работе со спутниковыми снимками были использованы индекс нарушенности, нормализованный индекс гарей и линейное преобразование Tasseled Cap. Исследование показало, что с 1985 г. на исследуемой сцене больше всего с 5 до 28% увеличилась площадь молодняков, в то же время произошло значительное снижение по площади смешанных средневозрастных и мелколиственных средневозрастных насаждений. В целом на исследуемой территории с 1985 г. по 2014 г. наблюдается увеличение лесного покрова на 3,9%, что в первую очередь объясняется зарастанием бывших земель сельхозугодий. Максимальное нарушение лесного покрова на площади 4,8% от сцены тематической карты Landsat было выявлено за 2010−2014 гг., что обусловлено засухой и лесными пожарами 2010 г. Общая точность проведенной неуправляемой классификации составила 74% при коэффициенте Каппа 0,69, что свидетельствует о высокой степени согласованности данных тематической карты с наземными исследованиями. Результаты исследования могут быть использованы при проведении работ по лесной инвентаризации, лесопатологическом мониторинге, а также при разработке плана развития лесного сектора Среднего Поволжья.
Ключевые слова: дистанционное зондирование земли, Landsat, индекс нарушенности, классификация изображений, лесной покров, Среднее Поволжье
Полный текстСписок литературы:
- Алексеев И.А., Бердинских С.Ю., Бердинских Св.Ю. Качество и эффективность рубок ухода ельников Вятско-Марийского Увала: биологический аспект // Аграрный вестник Урала. 2008. Т. 47. № 5. С. 50–53.
- Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Хвостиков С.А. Состояние и перспективы развития методов спутникового картографирования растительного покрова России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 203–221.
- Барталев С.А., Лупян Е.А., Стыценко Ф.В., Панова О.Ю., Ефремов В.Ю. Экспресс-картографирование повреждений лесов России пожарами по спутниковым данным Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 9–20.
- Воробьев О.Н., Курбанов Э.А., Губаев А.В., Лежнин С.А., Полевщикова Ю.А., Демишева Е.Н. Дистанционный мониторинг городских лесов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Лес. Экология. Природопользование». 2015. № 1(25). С. 5–21.
- Воробьев О.Н., Курбанов Э.А., Лежнин С.А., Полевщикова Ю.А., Демишева Е.Н. Методика выявления степени повреждения древостоев после пожаров 2010 года в Среднем Поволжье // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 4. С. 217–229.
- Демаков Ю.П., Смыков А.Е., Денисов С.А. Пространственная структура лесного фонда Республики Марий Эл // Вестник МарГТУ. Серия «Лес. Экология. Природопользование». 2008. № 1(2). С. 3–18.
- Денисов С.А., Конюхова Т.А., Рачкова Т.С. Управление лесовосстановлением на гарях // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Лес. Экология. Природопользование». 2015. № 3 (27). С. 5–14.
- Курбанов Э.А., Воробьев О.Н., Губаев А.В., Лежнин С.А., Полевщикова Ю.А. Оценка точности и сопоставимости тематических карт лесного покрова разного пространственного разрешения на примере Среднего Поволжья // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 1. С. 36–48.
- Курбанов Э.А., Воробьев О.Н., Лежнин С.А., Губаев А.В., Полевщикова Ю.А. Тематическое картирование растительного покрова по спутниковым снимкам: валидация и оценка точности. Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2015. 126 с.
- Курбанов Э.А., Воробьёв О.Н., Губаев А.В., Лежнин С.А., Незамаев С.А., Александрова Т.А. Оценка зарастания земель запаса Республики Марий Эл лесной растительностью по спутниковым снимкам // Вестник МарГТУ. Серия «Лес. Экология. Природопользование». 2010. № 2(9). С. 14–20.
- Курбанов Э.А., Воробьев О.Н., Губаев А.В., Лежнин С.А., Полевщикова Ю.А., Демишева Е.Н. Четыре десятилетия исследований лесов по снимкам Landsat // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Лес. Экология. Природопользование». 2014. № 1(21). С. 18–32.
- Курбанов Э.А., Воробьёв О.Н., Лежнин С.А., Полевщикова Ю.А. Оценка загрязнений древостоями отходами силикатного производства по снимку Rapid Eye // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013a. Т. 10. № 2. С. 88–97.
- Курбанов Э.А., Воробьёв О.Н., Лежнин С.А., Полевщикова Ю.А. Оценка лесных гарей Чувашии методами дистанционного зондирования // Вестник ИрГСХА. 2013б. № 54. С. 80–97.
- Лупян Е.А., Савин И.Ю., Барталев С.А., Толпин В.А., Балашов И.В., Плотников Д.Е. Спутниковый сервис мониторинга состояния растительности («Вега») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 190–198.
- Савин И.Ю., Барталев С.А., Лупян Е.А., Толпин В.А., Медведева М.А., Плотников Д.Е. Спутниковый мониторинг воздействия засухи на растительность (на примере засухи 2010 года в России) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 150–162.
- Elmore A., Mustard J.F., Manning S.J., Lobell D.B. Quantifying vegetation change in semiarid Environments: precision and accuracy of spectral mixture analysis and the Normalized Difference Vegetation Index // Remote Sensing of Environment. 2000. No. 73. P. 87–102.
- Gong C., Yu S., Joesting H., Chen J. Determining socioeconomic drivers of urban forest fragmentation with historical remote sensing images // Landscape and Urban Planning. 2013. No. 117. P. 57–65.
- Healey S.P., Healey S.P., Cohen W.B., Zhiqiang Y., Krankina O.N. Comparison of tasseled cap-based Landsat data structures for use in forest disturbance detection // Remote Sensing of Environment. 2005. No. 97. P. 301–310.
- Manandhar R., Inakwu O.A., Ancev T. Improving the accuracy of land use and land cover classification of Landsat data using post-classification enhancement // Remote Sensing. 2009. Vol. 1. P. 330–344.
- Müller J., Wölfl M., Wölfl S., Müller D., Horthorn T., Heurich M. Protected areas shape the spatial distribution of a European lynx population more than 20 years after reintroduction // Biological Conservation. 2014. Vol. 177. P. 210–217.
- Ohmann J.L., Gregory M.J., Roberts H.M., Cohen W.B., Kennedy R.E., Yang Z. Mapping change of older forest with nearest-neighbor imputation and Landsat time-series // Forest Ecology and Management. 2012. No. 272. P. 13–25
- Rasi R., Bodart C., Stibig H.J., Eva H., Beuchle R., Carboni S., Simonetti D., Achard F. An automated approach for segmenting and classifying a large sample of multi-date Landsat imagery for pan-tropical forest monitoring // Remote Sensing of Environment. 2011. Vol. 115. P. 3659–3669.
- Roder A., Hill J., Duguy B., Alloza J.A., Vallejo R. Using long time series of Landsat data to monitor fire events and post-fire dynamics and identify driving factors. A case study in the Ayora region (eastern Spain) // Remote Sensing of Environment. 2008. No. 112. P. 259–273.
- Townshend R.J. Masek J.G., Huang C., Vermote E.F., Gao F., Channan S., Sexton J.O., Feng M., Narasimhan R., Kim D., Song K., Song D., Song X.-P., Noojipady P., Tan B., Hansen M.C., Li M., Wolf R.E. Global characterization and monitoring of forest cover using Landsat data: opportunities and challenges // International Journal of Digital Earth. 2012. Vol. 5. No. 5. P. 373–397.
- Volcani A., Karnieli A., Svoray T. The use of remote sensing and GIS for spatio-temporal analysis of the physiological state of a semi-arid forest with respect to drought years // Forest Ecology and Management. 2005. No. 215. P. 239–250.
- Xie Y., Sha Z., Yu M. Remote sensing imagery in vegetation mapping: A review // Journal of Plant Ecology. 2008. No. 1 (1). P. 9–23.
- Yang J., Weisberg P.J., Bristow N.A. Landsat remote sensing approaches for monitoring long-term tree cover dynamics in semi-arid woodlands: Comparison of vegetation indices and spectral mixture analysis // Remote Sensing of Environment. 2012. Vol. 119. P. 62–71.