ЗОНДИРОВАНИЕ ЛЕСНОГО ПОКРОВА ВЫСОКОЧАСТОТНЫМИ ИМПУЛЬСНЫМИ ЛАЗЕРАМИ И ЦИФРОВЫМИ АЭРОИ КОСМИЧЕСКИМИ ФОТОАППАРАТАМИ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ: ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ В СИБИРИ

  • Авторы: Данилин А.И.1, Данилин И.М.1,2, Свищев Д.А.3
  • Учреждения:
    1. Институт леса имени В. Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук Россия
    2. Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
    3. Восточно-Сибирский филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Рослесинфорг» «Востсиблеспроект»
  • Выпуск: Том 14, № 5 (2013)
  • Страницы: 85-89
  • Раздел: Статьи
  • Статья опубликована: 15.10.2013
  • URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/article/view/503773
  • ID: 503773

Цитировать

Полный текст

Аннотация

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.

Полный текст

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 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 таксационно-дешифровочных пробных площадей, с опознованием и контролем на местности (рис. 2). Дешифровочные данные сопоставлялись с наземными инструментальными измерениями на таксаци-онно-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 древосто-ев. 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 %. 86 Раздел 1. Радиолокационная поляриметрия и интерферометрия. Радиометрия земных покровов 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 Вестник СибГАУ. № 5(51). 2013 K-S d=,11758, p<,01 ; Lilliefors p<,01 -Ожидаемое нормальное распределение Тренд нормального распределения -5 0 5 10 15 20 25 30 Н, м Суммарные статистики: H выдел Количество наблюдений N =978 Среднее значение = 19,4678 Минимум = 1,00 Максимум = 27,00 Стандартное отклонение = 5,3512 с ф ч: с ф CQ 0 4 8 12 16 20 24 28 Н, м 32 30 28 26 24 DJ 22 9 20 I1 18 16 14 12 10 8 " Mean = 19,4678 G Mean±SD = (14,1165, 24,8191) I 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.
×

Об авторах

А. И. Данилин

Институт леса имени В. Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук Россия

Email: danil_kr@mail.ru
660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50/28

И. М. Данилин

Институт леса имени В. Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук Россия; Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: danilin@ksc.krasn.ru
660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50/28; Россия, 660014, Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Д. А. Свищев

Восточно-Сибирский филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Рослесинфорг» «Востсиблеспроект»

Email: lespres@post.kts.ru
Россия, 660062, Красноярск, ул. Н. К. Крупской, 42

Список литературы

  1. Бондур В. Г., Чимитдоржиев Т. Н. Дистанционное зондирование растительности с использованием космических радиолокационных и многоспектральных оптических изображений // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2008. № 6. C. 112-121.
  2. Данилин И. М., Данилин А. И., Свищев Д. А. Лазерная локация и цифровая аэросъемка - подспутниковый компонент в системе информационного обеспечения инвентаризации, мониторинга и кадастра лесных земель // Вестник СибГАУ. 2010. № 3 (29). С. 55-59.
  3. Данилин И. М., Медведев Е. М. Некоторые результаты международного проекта по исследованию возможностей лазерной, радарной и цифровой аэросъемки лесов // Известия вузов. Лесной журнал. 2008. № 1. С. 15-23.
  4. Данилин И. М., Медведев Е. М. Технология мониторинга и инвентаризации лесных ресурсов на основе лазерной локации, цифровой аэрофотосъемки и спутникового геопозиционирования // Журнал Сибирского федерального университета. Серия «Техника и технологии». 2011. Т. 4, № 3. С. 326-336.
  5. Данилин И. М., Фаворская М. Н. Описание программных модулей использования данных лазерной локации и цифровой аэрофотосъемки лесных территорий // Исследование Земли из космоса. 2013. № 2. С. 62-73.
  6. Медведев Е. М., Данилин И. М., Мельников С. Р. Лазерная локация земли и леса: учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Геокосмос ; Красноярск : ИЛ СО РАН, 2007.
  7. Сухих В. И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве: учеб. для вузов. Йошкар-Ола : Изд-во МарГТУ, 2005.
  8. Чимитдоржиев Т. Н. Оптико-микроволновые методы дистанционного контроля лесных ресурсов : автореф. дис.. д-ра техн. наук. Красноярск : СФУ, 2008.
  9. Using airborne laser scanner data and CIR orthophotos to estimate the stem volume of forest stands / C. Straub, M. Dees, H. Weinacker, B. Koch // Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation. 2009. № 3. P. 277-287.
  10. Suvanto A., Maltamo M. Using mixed estimation for combining airborne laser scanning data in two different forest areas // Silva Fennica. 2010. Vol. 44, № 1. P. 91-107.
  11. Integrating profiling LiDAR with Landsat data for regional boreal forest canopy attribute estimation and change characterization // Remote Sensing of Environment. 2007. Vol. 110. P. 123-137.
  12. ArcGis [Электронный ресурс]. URL: http://www. esri.com/software/arcgis.
  13. StatSoft. Statistica 8.0 [Электронный ресурс]. URL: http://www.statsoft.com/#.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Данилин А.И., Данилин И.М., Свищев Д.А., 2013

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.