Характеристика и методика дешифрирования космических изображений ASTER и перспективы их использования в лесном хозяйстве

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Августа 2013 в 01:49, контрольная работа

Краткое описание

При выборе данных дистанционного зондирования, которые будут использоваться для решения лесохозяйственных задач, необходимо в первую очередь учитывать соотношение информативность/цена. По этому критерию лидируют изображения ASTER, полученные с американского спутника TERRA. КСС Aster могут стать важным источником данных для всех областей лесного хозяйства, связанных с дистанционным зондированием. Однако в России изображения Aster по-прежнему малоисследованы, что препятствует их широкому использованию.

Вложенные файлы: 1 файл

Аэрокосмические методы - контрольная работа.docx

— 22.98 Кб (Скачать файл)
    1. Общие сведения развития методов дистанционного зондирования для лесного хозяйства.

Данные спутникового дистанционного зондирования находят свое применение в различных областях современного лесного хозяйства, таких, как изучение лесных экосистем, инвентаризация и картографирование лесов, регистрация текущих изменений в лесном фонде, анализ долговременной динамики лесного покрова, оценка соблюдения правил рубок главного пользования, состояния лесовозобновления на вырубках, состояния насаждений в зоне промышленного загрязнения.

На современном рынке  данных дистанционного зондирования представлено большое количество изображений, обладающих сходными характеристиками охвата, пространственного и спектрального разрешения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Характеристика и методика дешифрирования космических изображений ASTER и перспективы их использования в лесном хозяйстве.

При выборе данных дистанционного зондирования, которые будут использоваться для решения лесохозяйственных задач, необходимо в первую очередь учитывать соотношение информативность/цена. По этому критерию лидируют изображения ASTER, полученные с американского спутника TERRA. КСС Aster могут стать важным источником данных для всех областей лесного хозяйства, связанных с дистанционным зондированием. Однако в России изображения Aster по-прежнему малоисследованы, что препятствует их широкому использованию.

Проведена оценка информативности изображений Aster с целью определения их пригодности для решения задач лесоустройства.

Объектами экспериментальных  работ выбраны Айкинский лесхоз Республики Коми и Сергиево-Посадский опытный лесхоз ВНИИЛМ.

Этот выбор обусловлен следующими причинами: объекты исследований расположены в различных географических зонах, лесоустройство в обоих лесхозах проведено в 2002 г., но в Сергиево-Посадском лесхозе по I разряду лесоустройства с минимальным размером выдела 0,1-1 га, а в Айкинском – по II разряду с минимальным размером выдела 0,1-3 га. Таким образом, данные лесоустройства Сергиево-Посадского лесхоза характеризуются высокой детальностью и обеспечивают выбор надежных эталонов для отработки методики дешифрирования, которую затем можно распространить на Айкинский лесхоз, где лесоустройство менее детально, и, следовательно, целесообразно применять космические изображения.

В качестве исходных материалов для дешифрирования использовались изображения Aster, материалы лесоустройства и топографические карты.

Для классификации снимков  и дальнейшей оценки ее точности использовался программный пакет ERDAS Imagine 8.4.

В программном пакете ERDAS реализованы два типа классификации – неконтролируемая и контролируемая на основе заранее выбранных пользователем эталонных участков. Основой для выбора эталонов в нашем случае стали карты преобладающих пород и категорий земель, подготовленные на предыдущих этапах работы.

ERDAS предоставляет пользователю  различные способы выбора эталонных участков. В литературе чаще всего предлагается выбирать эталоны из пространства признаков. Однако мы при выборе эталонов руководствовались более простым способом – поиском однородных участков прямо на снимке.

Для Айкинского лесхоза применен такой подход: на основании априорных данных (в нашем случае плана насаждений, окрашенного по преобладающим породам) выбраны участки размером в несколько пикселей с примерно одинаковой спектральной характеристикой, которые отнесены к определенному классу.

Минусом такого подхода является некоторая сложность в соблюдении условия различимости. Несмотря на преобладание какой-либо породы на выделе, цвет такого выдела на снимке все равно неоднороден из-за примесей, а также условий освещения, влажности и других факторов.

Для Сергиево-Посадского лесхоза, кроме вышеописанного подхода, применен следующий способ: в качестве эталона выбраны целые выделы с той или иной преобладающей породой. При этом программа усредняет их спектральные характеристики, и для оператора отпадает необходимость тщательно искать эталонные пиксели. Такой подход возможен при очень высоком качестве исходных материалов, как снимка, так и лесотаксационных данных. В случае Сергиево-Посадского лесхоза снимок был сделан в очень хороших метеоусловиях, а лесоустройство проводилось по первому разряду, предполагающему высокую детальность.

После того как набрано  достаточное количество эталонов по определенному классу, формируется его сигнатура (совокупность спектральных характеристик класса) с помощью инструмента Редактор Сигнатур. На основе наборов сигнатур по каждому классу проводится контролируемая классификация.

ERDAS поддерживает 3 алгоритма параметрических контролируемых классификаций: по правилу максимального правдоподобия, минимального расстояния и расстояния Махалонобиса. Каждый из этих алгоритмов имеет свои преимущества и недостатки, и поэтому для получения надежных результатов необходимо использовать все три алгоритма классификации.

Для оценки точности классификации  с помощью встроенного инструмента ERDAS составляется матрица ошибок. Программа генерирует набор случайно расположенных точек и в специальной таблице показывает, к какому классу они отнесены по результатам дешифрирования.

Оператор вводит в специальном  столбце этой же таблицы реальное значение класса.

После того, как таблица  заполнена, программным пакетом  создается отчет о точности классификации, содержащий собственно матрицу ошибок, процент правильного отнесения пикселей к определенному классу и статистику каппа по каждому классу. Чем выше значение каппа, тем более достоверны результаты классификации. Формула для вычисления статистики каппа приводится в.

Значения статистики каппа  для изучаемых объектов заполняются в таблицы. Для объекта «Сергиево-Посадский лесхоз» удалось выделить большее количество классов, чем для объекта «Айкинский лесхоз». Средняя точность дешифрирования по всем классам достаточно высока (в специальной литературе  принято считать хорошим результат классификации с точностью выше 0,75).

Невысокие  значения  точности  по  отдельным  классам  объясняются  недостаточным числом эталонов и перепутыванием с другими классами (например, сосна часто путается с елью, а осиновые насаждения – с березовыми). Для объекта «Айкинский лесхоз» количество классов меньше, и поэтому значения статистики каппа выше (кроме сосновых насаждений). Меньшее количество классов для Айкинского лесхоза объясняется  худшим  качеством  самого  снимка,  а  также  меньшей  детальностью лесоустроительной информации, служившей основой для выбора эталонов.

Результаты  дешифрирования  были  автоматически  оцифрованы  в среде ArcView 3.2. Так была получена векторная карта с показанными на ней классами объектов. На данную карту в среде ГИС был наложен цифровой лесоустроительный планшет.

Внутри  выделов  средствами  программной  среды  была  подсчитана площадь,  занимаемая  каждым  из  представленных  классов  в  пределах каждого из выделов, и процент  занимаемой площади по отношению  к общей площади выдела.

Исследования показали, что  все алгоритмы контролируемой классификации  позволяют  определять  состав  насаждений,  но  с  различными ограничениями.  Метод  максимального  правдоподобия,  характеризующийся самыми высокими значениями статистики каппа, показал самую высокую детальность при определении породного состава, однако процент второстепенных пород из-за этого оказался сильно завышенным, а также  в  формулах  появились  породы,  занимающие  незначительные площади на выделе, такие как ольха.

 

Методы  Махалонобиса  и минимального  расстояния  показали  примерно одинаковую точность; как правило, они выявляют 1-3 имеющиеся на выделе породы, но практически не добавляют незначительные по площади.

Из  всего  вышесказанного  можно  сделать  вывод,  что  изображения Aster вполне пригодны для  актуализации на материалах лесоустройства породного состава и сомкнутости  древостоев. 

Кроме того, по снимкам Aster с  высокой точностью (значение статистики каппа 0.70-0.75) возможно выявлять рубки и отслеживать стадии их зарастания или заболачивания.

В целом можно сказать, что космические изображения Aster очень перспективны для лесного хозяйства. Конечно, они не могут заменить аэрофотоснимки, но в своем классе задач Aster, во всяком случае, не хуже своих более дорогих конкурентов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

    1. Современное состояние и перспективы применения ГИС-технологий и аэрокосмических методов в лесном хозяйстве и садово-парковом  строительстве.  Особенности  преподавания данных дисциплин в высших и средних учебных заведениях: Сб. статей. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008. – 140 с.;
    2. Севко, О. А. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве : курс лекций по одноименной дисциплине для студентов специальности 1-75 01 01 «Лесное хозяйство» / О. А. Севко. – Мн. : БГТУ, 2005. – 170 с.

 


Информация о работе Характеристика и методика дешифрирования космических изображений ASTER и перспективы их использования в лесном хозяйстве