MAPPING AND MONITORING OF FOREST ENVIRONMENTS ON THE BASIS OF POLARIMETRIC RADAR DATA ON BAIKAL REGION

Full Text

Благодаря уникальной проникающей способности методы решения многочисленных прикладных задач электромагнитных волн сантиметрового и дециметрово- хорошо известны. В настоящее время наиболее распрого диапазона радиолокационные методы обладают оп- странены методы классификации природных и искусстределенными преимуществами и возможностями иссле- венных объектов основанные на поляриметрической дования физических свойств и состояния объектов ис- декомпозиции разделяющей объекты по типам мехаследования [1]. При отражении и рассеянии радиолока- низмов рассеяния [4-6]. Декомпозиция методом Клодационных волн происходит преобразование их поляриза- Поттье и визуальное сравнение разносезонных изобрации в зависимости от физических свойств среды, таких жений ALOS PALSAR по территории дельта реки Секак диэлектрическая проницаемость, проводимость, ленга выявило значительные изменения процессов растемпература, влажность и т. п., а также от геометриче- сеяния по исследуемой территории, причем наиболее ских свойств рельефа, шероховатости поверхности и др. сильные изменения связаны с зимним периодом с отри- [2; 3]. Базовые аспекты теории и поляриметрические цательными температурами [7]. Сезонные изменения результатов поляриметрической декомпозиции. Ранее проведенный нами статистический анализ результатов классификации осенне-зимних поляриметрических данных ALOS PALSAR по территории горного массива Хамар-Дабан, долины и дельты реки Селенга выявил значительное снижение в зимний период (на 20 %) доминирующей роли объемного рассеяния высокой и средней энтропии и рост доминирования поверхностного рассеяния средней и низкой энтропии [8]. Сравнительный анализ поляриметрических характеристик также указывает на сезонные изменения процессов рассеяния. В частности, для лесных массивов в зимний период установлены изменения радарного вегетационного индекса rvi, степени поляризации и др., свидетельствующих о снижении доли объемного рассеяния. Подобные изменения отчасти обусловлены общим уменьшением биомассы смешанных лесов и кустарниковой растительности при смене сезонов осень-зима. Дополнительное исследование сезонных изменений объемной FvoI, нечетной Fodd и четной FdbI компонент Фримана на небольшом чисто сосновом тестовом участке Кударинского лесхоза показало снижение объемной и двукратной компонент в среднем на 3^3.5 дБ и стабильность поверхностной ком поненты. Таким образом, изменения объемной составляющей в радиолокационном отклике от лесной среды также связано с изменением диэлектрической проницаемости и проводящих свойств среды. Аналогичный статистический анализ проведен на паре весенних снимков г. Улан-Удэ и его окрестностей, полученных ALOS PALSAR 17 апреля 2009 г. и 28 мая 2007 г. (начало и конец весны). Изображения интенсивности и трех компонент Фримана на 2009 г. представлены на рис. 1. На территории ровные участки поверхности располагаются в долине р. Уда (рис. 1, б), преобладает гористая местность, покрытая лесами (рис. 1, в). Породный состав варьируется, в основном смешанный с преобладанием сосны и лиственницы (87 %). В долине р. Уда располагаются городские кварталы, дачные поселки, пригороды (рис. 1, г). Визуальное сравнение результатов Н-А-о-класси-фикации, компонент Фримана, rvi и других показало локальные малозаметные изменения. Гистограммы rvi для снимка в целом и двух полигонов, демонстрирующих небольшой рост rvi лесной растительности к концу весны (см. рис. 1, а) представлены на рис. 2. Для третьего полигона графики практически дублируют рис. 2, а. б в Рис. 1. Интенсивность (а) радиолокационного изображения г. Улан-Удэ и его окрестностей по данным ALOS PALSAR 17/04/2009 и компоненты разложения Фримана: Fodd (б); Fvol (в); Fdbl (г) а г 74 Раздел 1. Радиолокационная поляриметрия и интерферометрия. Радиометрия земных покровов в Рис. 2. Гистограммы распределения радарного вегетационного индекса на основе данных ALOS PALSAR: а - снимки в целом и два тестовых участка; б - северные горы; в - долина р. Уда Статистика классов ^^классификации на 28/05/2007 и изменения Δ к 17/04/2009 Класс Снимок в целом, % Тестовый полигон 1 «Северные горы», % Тестовый полигон 2 «Южные горы», % Тестовый полигон 3 «Долина р. Уда», % 2007 Δ 2007 Δ 2007 Δ 2007 Δ Четное (в основном двукратное) рассеяние (Dbl) 1 (высокой энтропии) 0 +0 0 +0 0 +0 0 +0 4(средней энтропии) 1,99 -0,17 0,20 -0,02 3,28 -0,10 3,75 -1,62 7 (низкой энтропии) 0,12 +0,03 0,03 +0,03 0,08 +0,05 0,22 -0,09 Объемное рассеяние (Vol) 2 (высокой энтропии) 33,27 -5,97 61,59 -10,63 10,70 -1,73 1,67 +0,88 5(средней энтропии) 24,42 +1,03 14,52 +2,39 39,90 -1,90 16,29 -2,09 8 (низкой энтропии) 0,05 +0 0,03 +0 0,03 +0 0,06 -0,03 Нечетное (в основном поверхностное) рассеяние (Odd) 6(средней энтропии) 35,32 +4,22 22,26 +7,49 42,64 +3,84 59,09 +1,27 9 (низкой энтропии) 4,81 +0,87 1,36 +0,78 3,36 -0,06 18,92 -1,68 Статистика населенности классов для 28 мая 2007 г. и ее изменение к 28.05.2009 г. представлены в таблице. Как видно из таблицы, в целом по снимку объемное рассеяние доминирует на 58 % территории, поверхностное на 40 %, а двукратное - на 2 %. В горах (полигон 1) иное распределение - 76, 23 и 1 % соответственно, и в долине р. Уда (полигон 3) - 18, 78 и 4 %. Объемное рассеяние высокой энтропии в целом по снимку в начале весны на 5,97 % ниже, причем изменения в основном связаны с лесной растительностью на горах (10,63 %), что вероятнее всего, обусловлено вкладом лиственных пород на стадии роспуска листвы. В долине р. Уда изменения имеют противоположное направление, скорее всего, вследствие более долговременных причин (застройки, прирост насаждений на дачных участках и в пригородах). 75 Вестник СибГАУ. N 5(51). 2013 Таким образом, сезонные изменения процессов рассеяния в лесной среде в зависимости от породного состава леса отражаются на изменениях поляриметрических характеристик, а также доминировании объемной и поверхностной компонент рассеяния на радиолокационных снимках L-диапазона. Сохранение или смена доминирующей роли объемной и поверхностной компонент в совокупности с другими поляриметрическими характеристиками может служить индикатором хвойных и лиственных пород и возможности их картографирования на основе радарных данных.

About the authors

I. I. Kirbizhekova

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Science, Siberian Branch

Email: kirbizhekova@bk.ru
6 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

E. V. Batueva

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Science, Siberian Branch

6 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

References

Supplementary files