Мониторинг растительного покрова на основе гиперспектральной технологии дистанционного зондирования.

В технологиях дистанционного зондирования для получения информации о растительности широко используются вегетационные индексы. Вегетационные индексы — это характерные величины, рассчитываемые на основе отражательной способности видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, отражающие степень и состояние роста поверхностного растительного покрова. К часто используемым вегетационным индексам относятся индекс естественной разности растительности (NDVI), индекс разности растительности (DVI) и индекс виртуализации (VI).

Методы мониторинга изменений растительного покрова на основе технологий дистанционного зондирования

1. Метод изменения индекса растительности

Метод изменения индекса растительности сравнивает индексы растительности на нескольких снимках дистанционного зондирования и вычисляет изменения этих индексов для определения состояния растительного покрова. Анализируя изменения индексов растительности, можно определить рост и увядание растительности, а также изменения растительного покрова.

2. Метод классификации и вариации

Метод классификации изменений использует изображения дистанционного зондирования для классификации изменений растительного покрова. Этот метод получает информацию об изменениях и типах растительного покрова путем классификации и анализа изображений дистанционного зондирования, и его эффективность мониторинга выше, чем у метода индекса изменения растительности.

Основной процесс мониторинга растительного покрова.

1. Сбор данных

Первым шагом в использовании технологий дистанционного зондирования для мониторинга растительного покрова является получение соответствующих данных. Данные дистанционного зондирования могут поступать со спутников, дронов или других платформ дистанционного зондирования. Спутниковые данные, как правило, имеют большую пространственную зону охвата и меньшее временное разрешение, в то время как данные с дронов имеют меньшую пространственную зону охвата и более высокое временное разрешение. В зависимости от конкретных потребностей могут быть выбраны различные типы данных. Кроме того, для обеспечения эффективной информации о растительности необходимо учитывать такие факторы, как комбинация полос и разрешение данных.

2. Предварительная обработка данных

После получения данных дистанционного зондирования требуется ряд операций предварительной обработки для получения данных, пригодных для мониторинга растительного покрова. Операции предварительной обработки включают удаление облаков, атмосферную коррекцию и радиометрическую калибровку. Для удаления облаков можно использовать алгоритмы обнаружения облаков для удаления облачных участков или технологию слияния изображений облаков для объединения изображений с облаками и без облаков. Атмосферная коррекция может быть выполнена с использованием моделей атмосферной коррекции для устранения атмосферных эффектов и уменьшения ошибок. Кроме того, необходима радиометрическая калибровка для преобразования данных дистанционного зондирования в физические величины.

3. Расчет индекса растительности

Индексы растительности являются важными показателями для мониторинга растительного покрова. К наиболее часто используемым индексам растительности относятся нормализованный разностный индекс растительности (NDVI) и разностный индекс растительности (DVI).

Индексы растительности можно рассчитать, используя различные диапазоны данных дистанционного зондирования в соответствии с заданными формулами. Например, NDVI можно получить, рассчитав отношение инфракрасного диапазона к диапазону видимого света. Рассчитанные индексы растительности могут отражать состояние растительного покрова, что позволяет осуществлять мониторинг растительного покрова.

4. Интерпретация и анализ данных

После расчета индекса растительности необходимо интерпретировать и проанализировать данные для получения дополнительной информации о растительном покрове. Интерпретация и анализ могут включать такие методы, как классификация изображений и обнаружение изменений. Классификация изображений позволяет разделить различные пиксели на изображении дистанционного зондирования на разные категории, такие как растительность, водоемы и здания. Обнаружение изменений позволяет сравнивать изображения дистанционного зондирования, полученные в разные периоды времени, для выявления изменений в растительном покрове. Благодаря интерпретации и анализу можно получить информацию о пространственном распределении и тенденциях изменения растительного покрова, что послужит основой для принятия решений в области управления растительностью и охраны окружающей среды.

5. Проверка результатов и оценка их точности.

Для проверки точности результатов мониторинга необходимы верификация результатов и оценка точности. Верификация может проводиться посредством полевых исследований и отбора проб, сравнивая соответствие результатов полевых исследований и результатов дистанционного зондирования. Оценка точности может осуществляться с помощью специализированного программного обеспечения для пространственного статистического анализа, рассчитывающего показатели точности результатов мониторинга, такие как точность и прецизионность. Верификация результатов и оценка точности позволяют оценить надежность дистанционного зондирования, предоставляя ориентир для последующих работ по мониторингу.

△ Распределение растительного покрова в городе Сиань в марте 2023 года

CAS Xiguang Aerospace - Дистанционный мониторинг растительности

Средний показатель растительного покрова в Сиане в весенне-летний период демонстрирует четкую сезонную тенденцию, что свидетельствует о наличии в Сиане благоприятной природной экологической среды.Результаты региональной статистики показывают, что рост растительности относительно стабилен в горах Циньлин и аллювиальной равнине реки Вэйхэ в южной горной зоне; значительные тенденции роста растительности наблюдаются вдоль холмов и лёссовых плато; а растительный покров низок в новопостроенных городских районах и крупных зонах развития. Анализ ландшафтных моделей показывает, что плотность и количество растительных участков в Сиане относительно высоки, что свидетельствует о непрерывном освоении и использовании ресурсов Сианя. 

△ Распределение растительного покрова в городе Сиань в августе 2023 года

Применение технологий дистанционного зондирования в мониторинге изменений растительного покрова значительно повысило эффективность и точность мониторинга. С непрерывным развитием и совершенствованием технологий дистанционного зондирования будут появляться новые технологии и методы, предоставляющие более точную и полную информацию для мониторинга изменений растительного покрова. Благодаря использованию технологий дистанционного зондирования наше понимание и защита экологической среды станут более точными и эффективными.