ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ОБОЗНАЧЕНИЕ, СОКРАЩЕНИЕ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 9
1.1 Обоснования актуальности выбранной тематики 9
1.2 Обзор существующих систем 10
1.2.1 Global Fire Information Management System 10
1.2.1.1 Алгоритм обнаружения активных пожаров
MOD14/MYD14 11
1.2.1.2 Алгоритм детектирования сгоревших территорий MCD45 12
1.2.2 The European Forest Fire Information System 14
1.2.3 ИСМД-РосЛесХоз 15
1.2.4 ScanEx Fire Monitoring Service 18
2 ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ВЫБОР
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ 21
2.1 Получение исходных данных 21
2.2 Выбор инструментальных средств 22
3 АНАЛИЗ СПУТНИКОВЫХ СНИМКОВ 24
3.1 Предварительная обработка снимков 24
3.2 Анализ спектральных характеристик гарей 27
3.3 Классификация анализируемого изображения 35
3.4 Использование спектральных индексов для выявления гарей и определения их площади. 38
3.5 Создания маски облачности и маски водных объектов. 44
3.6 Расчет точности масок гарей, построенных с помощью различных спектральных индексов 47
4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАРЕЙ НА ОСНОВЕ
СЕРВИСА GOOGLE EARTH ENGINE 51
4.1 Краткое описание Google Earth Engine 51
4.2 Создание безоблачного композита 52
4.2.1 Создание композита 52
4.2.2 Создания композита методом усреднения значения пикселей 54
4.2.3 Создание безоблачного композита, метод удаления облаков 55
4.2.4 Создание безоблачного композита с использованием нескольких методов 57
4.3 Создание водной маски 60
4.4 Методы выявления выгоревших территорий 61
4.4.1 Метод выявления гарей по после-пожарному композиту. 61
4.4.2 Метод выявления гарей по до-пожарному и после-пожарному композиту. 64
4.4.2.1 Описание метода 64
4.4.2.2 Описание метода поиска изменений Single-Channel Change
Detection 66
4.4.2.3 Полученные результаты 69
4.5 Анализ полученных результатов 72
4.6 Перспективы использования спутников Sentinel 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 81
ПРИЛОЖЕНИЕ А 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 99
Проблема учета выгоревших лесных территорий сегодня не является такой болезненной, как оперативное обнаружение очагов пожаров или выявление незаконных рубок. Решение данной проблемы направлено на долгосрочную перспективу, куда входит создание единой системы для эффективного управления лесными ресурсами и оценки их запасов. Вторым фактором не приоритетности данной задачи может быть занижение официальной статистики по выгоревшим территориям. Когда данная методика могла бы сделать эти данными прозрачными.
Имея векторные контура гарей, можно отслеживать восстановление лесов на местах пожарищ. Наличие такой информации, дает возможность проводить анализ экосистем и делать прогнозы по их развитию. Это показывает высокую культуру лесопользования, когда мы не только используем природные ресурсы, но задумываемся о их восстановлении.
Данная проблема наиболее остро проявилась в 2010 и 2011 году. Из-за аномально жаркого и засушливого лета на территории России произошло множество лесных пожаров, и выгорели огромные лесные территории.
На сегодняшний день даже имеющиеся данные могут быть недоступны. Например, в лесничествах всегда создавались схемы гарей. Сейчас эти данные собираются с помощью приборов GPS, но в министерство природы и в Единый Противопожарный Центр поступают данные только о выгоревшей площади. Векторные данные не собираются.
Имея данные со спутника Landsat 5 TM возможно провести ретроспективный анализ, и выявит гари с 1984 года. Это создаст данные для будущей системы, где будет отслеживаться восстановление лесных ресурсов.
Создание методики для определения гарей это кирпичик в создание единой системы природопользования.
В ходе работы над выпускной квалификационной работой были созданы 2 методики выявления пострадавших от огня территорий:
1) Определение гарей только по после-пожарному композиты, используя пороговые значения отражения солнечной энергии в различных каналах.
2) Определение гарей по до-пожарному и после-пожарному композиту, выявляя изменения по спектральному индексу NBR
Для второго метода был выбран спектральный индекс NBR, т.к. данный индекс более точно определяет площадь выгоревшей территории. Для этого была произведена верификация полученных результатов по спутниковым изображениям высокого разрешения.
Результаты были верифицированы со схемами гарей, полученных от Вельского лесничества. Контуры гарей совпадают с данными схемами. Площадь гарей, полученных 1 методом, отличается от данных лесничества в меньшую сторону. Не совпадения результатов возможно как из-за неточности измерений лесничеств, так и невысокого разрешения Landsat 5 TM (30 метров - 1 пиксель). Верифицировать 2 метод по тем же схема не удалось из-за облачности в композите 2010 года на данной территории.
Были получены данные по выгоревшим территориям на Архангельскую область за 2007, 2009, 2010 и 2011 годы.
Данные методики автоматически производят создание векторного слоя по контурам гарей. Методики можно применить к любому другому региону России или мира.
Перспективы развития - использование данных спутников Sentinel 1 и Sentinel 2. Sentinel 1 использует радиодиапазон, что является преимуществом для составления покрытия, так как можно не учитывать облачность. Sentinel 2 имеет большее разрешения, большую полосу захвата и периодичность съемки в 5 дней, что позволит создать полностью безоблачный композит за месяц.
Использование платформы Google Earth Engine является огромным преимуществом, т.к. позволяет обрабатывать большие объемы данных с применением облачных вычислений за короткое время.
