Введение 4
1 Обзор литературы по применению данных дистанционного зондирования Земли для выделения поврежденных сибирским шелкопрядом лесов 6
1.1 Обзор существующих спутниковых систем для выявления повреждений 6
1.2 Методы обработки снимков для выделения поврежденных сибирским шелкопрядом лесов 9
1.2.1 Анализ пространственной приуроченности очагов повреждения таежных лесов сибирским шелкопрядом по данным мелкомасштабного дистанционного зондирования 9
1.2.2 Съемка Spot-Vegetation в анализе динамики повреждения горно-таежных лесов сибирским шелкопрядом 11
1.3 Анализ предпосылок начала вспышки сибирского шелкопряда 13
2 Исходные данные и программное обеспечение 15
2.1 Спутник дистанционного зондирования Земли Landsat 8 OLI 15
2.2 Источники данных дистанционного зондирования 16
2.3 Программное обеспечение ArcGIS 16
3 Методы анализа космических снимков 18
3.1 Предварительная обработка снимков 18
3.1.1 Геометрическая коррекция спутниковых изображений 18
3.1.2 Радиометрическая калибровка снимков 20
3.1.3 Радиометрическая коррекция влияния атмосферы 20
3.2 Тематическая обработка снимков 21
3.2.1 Цветовые преобразования 21
3.2.2 Индексные изображения 23
3.2.3 Анализ главных компонент 24
3.2.3 Метод спектрального разделения 26
3.2.4 Классификации 27
4 Анализ снимков Landsat 8 OLI для дешифрирования повреждений лесного покрова сибирским шелкопрядом 30
4.1 Предварительная обработка снимков 30
4.2 Тематическая обработка снимков 31
4.2 Использование NDVI для выделения поврежденных лесов 32
5 Анализ результатов обработки снимков 37
5.1 Динамика площадей поврежденных лесов 40
Заключение 41
Список используемых источников 42
Данные дистанционного зондирования с искусственных спутников Земли находят свое применение в изучение лесов России с 70-х годов прошлого века. Космические снимки используются для обнаружения и оценки последствий пожаров, контроля вырубок, выявления промышленных загрязнений, мониторинга массового размножения насекомых-вредителей и решения многих других хозяйственных и экологических задач. Однако эффективное использование спутниковых изображений невозможно без соответствующих методов и алгоритмов их обработки [1].
По мере развития спутниковых систем, когда на смену фотографическим приборам дистанционного зондирования пришли многоспектральные сканеры, значительно расширились свойства принимаемой информации. Современные спутниковые системы получают снимки с высокой оперативностью, ежедневной периодичностью и регулярным потоком данных, что открывает новые возможности для усовершенствования существующих методов и алгоритмов обработки космических снимков [1].
В середине 1990-х годов от сибирского шелкопряда пострадали обширные лесные насаждения в Западной и Восточной Сибири, а также на Дальнем Востоке. Современный ареал сибирского шелкопряда охватывает всю азиатскую часть России, Казахстан, Северную часть Китая и Монголии, Корею. За последние годы он распространился по северной и центральной частям европейской России со скоростью 20-50 км в год. Хвойные леса преобладают по всей Центральной Европе, а в Польше они составляют около 80 % от всей площади лесов. В случае массового распространения этот вредитель может нанести серьезный урон лесам [5].
Площади ежегодно действующих в России очагов насекомых вредителей и болезней составляют в среднем 2,5-3,0 млн. га. Экстремальным в этом отношении был 2001 г., когда общая их площадь превысила 10 млн. га. Почти 70 % этой площади приходится на сибирского шелкопряда [5].
Современные ГИС-технологии позволяют создавать тематические карты повреждения лесного покрова сибирским шелкопрядом, а также прогнозировать распространение вспышек. Оперативно полученные данные сотрудниками лесопатологами позволяют проводить мероприятия для спасения леса.
В ходе работы были поставлены следующие задачи:
- проанализировать материалы и методы обработки данных дистанционного зондирования Земли для детектирования повреждений лесного покрова сибирским шелкопрядом;
- получить разновременные данные прибора Landsat 8 OLI и собрать полученные данные в мультиспектральное изображение для дальнейшего анализа;
- применить метод дешифрирования с использованием вегетационный индекс нормированной разности NDVI;
- создание тематической карты повреждённого лесного покрова сибирским шелкопрядом;
- использование методов ГИС-технологий для многоаспектной оценки последствий вспышки массового размножения сибирского шелкопряда.
В ходе выполнения работы были проанализированы материалы и методы обработки данных дистанционного зондирования Земли для детектирования повреждений лесного покрова сибирским шелкопрядом. Получены разновременные данные прибора Landsat 8 OLI и подготовлены мультиспектральные изображения для дальнейшего детектирования очагов повреждения лесного покрова сибирским шелкопрядом.
В результате работы применен метод дешифрирования с использованием вегетационного индекса нормированной разности NDVI. Подготовлены ежегодные тематические карты повреждённого лесного покрова сибирским шелкопрядом за период вспышки с 2015 по 2017 год. Произведена оценка площадей повреждений лесного покрова сибирским шелкопрядом.
Динамика изменения площадей поражения лесного покрова сибирским шелкопрядом отображена на гистограмме.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
