Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 2. С. 100-111
Исследование трёхмерной структуры растительного покрова ерниковых тундр с применением фотографической съёмки и методов автоматизированной обработки изображений
И.В. Мателенок
1 , В.В. Мелентьев
1 1 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 31.12.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-2-100-111
Моделирование распространения радиоволн в многослойных природных средах с использованием современных электродинамических моделей требует максимально полной информации о свойствах растительного покрова, в том числе о его трёхмерной структуре. В работе предложен подход к определению ориентации и взаимного расположения фитоэлементов в покрове, образованном кустарниками, по данным фотографической съёмки его фрагментов. Подход реализован в новой версии программно-аппаратного комплекса для исследования структуры растительного покрова. В рамках двухэтапных тестовых испытаний выполнены эксперименты по автоматизированному определению пространственного положения фитоэлементов в контролируемых условиях. В ходе полевых изысканий на участках южных тундр в границах Ненецкого автономного округа и Мурманской области и последующих камеральных работ получены данные об ориентации и взаимном расположении листовых пластинок ерника. При проведении сопоставительного анализа было продемонстрировано согласие результатов оценки параметров структуры, полученных с помощью предложенного и альтернативного подходов. Распределение фитоэлементов по углам наклона имеет черты, приближающие его к сферическому и плагиофильному, и наилучшим образом аппроксимируется эллипсоидной функцией. Региональные различия в угловом распределении листовых пластинок растительного покрова исследуемого типа не выявлены. По данным о расположении и ориентации фитоэлементов построены трёхмерные графические модели фрагментов покрова. Форма представления этих данных позволяет использовать их как для моделирования распространения радиоволн, так и для оценки накопления биомассы и выполнения теплофизических расчётов.
Ключевые слова: ерниковые тундры, обработка изображений, распределение листьев по углам наклона, структура растительного покрова, угол наклона листовой пластинки, цифровая фотосъёмка, электродинамические модели
Полный текстСписок литературы:
- Катулин М. С., Перевощиков Л. Л., Шумков С. Г. Создание аппаратно-программного комплекса для подводной навигации с использованием машинного зрения // Известия ТулГУ. Техн. науки. 2015. № 11-2. С. 90–100.
- Мателенок И. В., Мелентьев В. В. Программно-аппаратный комплекс для исследования пространственной структуры напочвенного покрова лесов // Доклады 6-й Всерос. конф. «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении, лесном хозяйстве и экологии». Москва, 20–22 апреля 2016. М.: ЦЭПЛ РАН, 2016. С. 138–143. URL: http://cepl.rssi.ru/wp-content/uploads/2016/04/АКС_ГИС_Сборник_2016.pdf.
- Campbell G. S. Derivation of an angle density function for canopies with ellipsoidal leaf angle distributions // Agricultural and forest meteorology. 1990. V. 49. No. 3. P. 173–176.
- Chiu T., Sarabandi K. Electromagnetic scattering from short branching vegetation // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2000. V. 38. No. 2. P. 911–925.
- Duursma R. LeafAngle v1.2-1. 2014. URL: https://CRAN.R-project.org/package=LeafAngle.
- Huang H., Liao T. H., Tsang L., Njoku E. G., Colliander A., Jackson T., Yueh S. Combined active and passive microwave remote sensing of soil moisture for vegetated surfaces at L-band // Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2016 IEEE Intern. 2016. P. 1626–1629.
- Hutter M., Brewer N. Matching 2-D ellipses to 3-D circles with application to vehicle pose identification // Image and Vision Computing New Zealand: Proceedings of 24th Intern. Conf. 2009. P. 153–158.
- Juszak I., Erb A. M., Maximov T. C., Schaepman-Strub G. Arctic shrub effects on NDVI, summer albedo and soil shading // Remote Sensing of Environment. 2014. V. 153. P. 79–89.
- Juszak I., Iturrate-Garcia M., Gastellu-Etchegorry J. P., Schaepman M. E., Maximov T. C., Schaepman-Strub G. Drivers of shortwave radiation fluxes in Arctic tundra across scales // Remote Sensing of Environment. 2017. V. 193. P. 86–102.
- Macelloni G., Paloscia S., Pampaloni P., Marliani F., Gai M. The relationship between the backscattering coefficient and the biomass of narrow and broad leaf crops // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2001. V. 39. No. 4. P. 873–884.
- Nistér D., Stewénius H. Linear time maximally stable extremal regions // Computer Vision — ECCV 2008: 10th European Conf. Computer Vision: Proc. Pt. 2. Marseille, France, Oct. 12–18, 2008. 2008. P. 183–196.
- Pearcy R. W., Duursma R. A., Falster D. S. Studying plant architecture with Y-plant and 3D digitising. PrometheusWiki. 2011. URL: http://prometheuswiki.publish.csiro.au/tiki-index.php?page=Studying+plant+architecture+with+Y-plant+and+3D+digitising.
- Pisek J., Ryu Y., Alikas K. Estimating leaf inclination and G-function from leveled digital camera photography in broadleaf canopies // Trees. 2011. V. 25. Iss. 5. P. 919–924.
- Zhang Y., Liu X., Su S., Wang C. Retrieving canopy height and density of paddy rice from Radarsat-2 images with a canopy scattering model // Intern. J. Applied Earth Observation and Geoinformation. 2014. V. 28. P. 170–180.