СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОХРАННОСТИ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ Российский патент 2011 года по МПК G01C11/04 A01G23/00 

Изобретение относится к области исследования древесной растительности, в частности к способам определения сохранности лесных насаждений с использованием аэрокосмической съемки.

Из литературных источников [1-5] известны методы аэрокосмического мониторинга экосистем, включающих лесные насаждения, и исследования их состояния, здесь приведены статистические данные и аналитические зависимости для дистанционной индикации состояния лесных насаждений, определены параметры, характеризующие их состояние.

Известен способ оконтуривания территорий с защитными лесными насаждениями по космическим снимкам, включающий космическую фотосъемку с учетом фаз вегетации растительности, выделение аномальных по степени спектральной яркости площадей, проведение по ним наземных исследований, оценку состояния объектов растительности и оконтуривания территорий то результатам оценки (RU 2211465, G01V 9/00, 27.08.2003). Недостатком этого способа является необходимость проведения наземного исследования защитных лесных насаждений после каждой съемки.

Известен способ определения состояния защитных лесных насаждений, включающий выполнение аэрокосмической съемки поверхности с защитными лесными насаждениями в ранний летний период, преобразование полученного изображения в цифровой растровый формат, оконтуривание изображения защитных лесных насаждений с выделением контурами рядов деревьев, оценку фототона изображения в контурах по 256-уровневой шкале серого цвета, вычисление площадей выделенных контуров, привязку обработанного изображения к топографической карте и трансформацию, причем оценку состояния защитных лесных насаждений проводят по отношению суммарной площади горизонтальной проекции крон деревьев, находящихся в нормальном состоянии, к площади выделенного контура с учетом формы горизонтальной проекции кроны (RU 2330242, G01C 11/00, 13.12.2008).

Недостатком этого способа является то, что не учитывается возраст насаждения и возникает необходимость предварительного определения породного состава насаждения.

Задачей изобретения является определение и картографирование сохранности лесных насаждений на основании аэрокосмической информации (аэрокосмофотоснимков, телевизионных, сканерных, радарных и других изображений).

Сущность изобретения заключается в выполнении цветной аэрокосмической съемки поверхности с лесными насаждениями в поздний весенний или ранний летний период и их фотоэталонирование, преобразовании полученного изображения в цифровой растровый формат, трансформации изображения в топографическую проекцию, компьютерной привязке изображения к географическим координатам, создании информационного компьютерного слоя с полигональным выделением лесных насаждений, определении распределения пикселей, находящихся в выделенных полигонах, по фототону в шкале цветов выбранной цветовой схемы, построении диаграмм распределений пикселей по этим цветам, выделении на основании фотоэталонов диапазонов пикселей, принадлежащих растущим деревьям, вычислении количества пикселей, принадлежащих к выделенным диапазонам и определении площади единичного пикселя (S_i), при этом сохранность лесных насаждений определяется по отношению суммарного количества пикселей, отнесенных при дешифрировании к кронам, находящимся в нормальном состоянии (n_N), к расчетному количеству пикселей (n_Д), определяемому как отношение максимально возможной суммарной площади крон всего древостоя Sp, высаженного в выделенном полигоне, который очерчивает границы лесного насаждения, к площади единичного пикселя (S_i), при этом сохранность лесных насаждений (χ) определяют по формуле χ=n_N/n_Д, независимо от возраста и формы кроны, причем принимается, что если χ больше 0,81, сохранность очень высокая, от 0,71 до 0,80 - высокая, от 0,51 до 0,70 - низкая, 0,50 и ниже - очень низкая, после чего строится цифровая картографическая модель сохранности лесного насаждения в виде отдельного компьютерного картографического слоя.

На фиг.1 представлен фрагмент космофотоснимка с лесным насаждениям, на фиг.2 - гистограммы изображения лесных насаждений в системе RGB, на фиг.3 - выделенные древостои лесных насаждений.

Результат в способе достигается следующим образом.

Используют аэрокосмическую съемку участков поверхности с лесными насаждениями II и III возрастных периодов в масштабе 1:10000-1:15000 (фиг.1) в поздний весенний или ранний летний период и фотоэталоны соответствующих насаждений, содержащие информацию о соответствии пикселей тону и яркости изображения. Осуществляют преобразование полученного изображения в растровый формат данных для обработки на электронно-вычислительной машине сканированием аэрокосмических фотоснимков или копированием файлов изображений, полученных в электронном виде. Трансформируют полученное изображение в топографическую проекцию (например, равноугольную поперечно-цилиндрическую проекцию Гаусса-Крюгера, применяемую для российских топографических карт), осуществляют компьютерную привязку изображения к географическим координатам в специализированных картографических программах (например, MAPIHFO), создают информационный компьютерный слой с полигональным выделением лесных насаждений, оценивают распределение пикселей, находящихся в выделенных полигонах, по фототону в шкале цветов, например в системе RGB (Red, Green, Blue), CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key color) или др. Строят диаграммы распределения пикселей по цветам выбранной системы, приходящихся на выделенный полигон, и на основании фотошаблонов осуществляют выделение диапазонов пикселей, принадлежащих растущим деревьям. Осуществляют вычисление количества пикселей, принадлежащих к выделенным диапазонам, и определяют площадь единичного пикселя (S_i). Определяют сохранность лесных насаждений по отношению суммарного количества пикселей, отнесенных при дешифрировании растущим деревьям, находящимся в нормальном состоянии (n_N), к расчетному количеству пикселей (n_Д), определяемому как отношение максимально возможной суммарной площади всего древостоя для данного возраста S_p, высаженного в выделенном полигоне, который очерчивает границы лесного насаждения, к площади единичного пикселя (S_i), при этом сохранность лесных насаждений (χ) определяют по формуле χ=n_N/n_Д, независимо от возраста и формы кроны, причем принимается, что если χ больше 0,81, сохранность очень высокая, от 0,71 до 0,80 - высокая, от 0,51 до 0,70 - низкая, 0,50 и ниже - очень низкая, после чего строится цифровая картографическая модель сохранности лесного насаждения в виде отдельного компьютерного картографического слоя.

Значение критериев χ для сохранности лесонасаждений приведено в таблице.

Значение критериев χ для определения сохранности лесонасаждений Сохранность χ "Очень высокая" 0,81-1,00 "Высокая" 0,71-0,80 "Низкая" 0,51-0,70 "Очень низкая" 0,50 и менее

Результатом является существенное сокращение времени на определение сохранности лесных насаждений, создание цифровых слоев лесных геоинформационных систем и электронных тематических карт сохранности лесных насаждений на основании аэрокосмической информации.

В целом предложенный способ позволяет установить сохранность лесных насаждений, выявить местоположение и характер ее нарушенности.

Литература

1. Дмитриев И.Д. Лесная авиация и аэрофотосъемка. / И.Д.Дмитриев, Е.С.Мурахтанов, В.И.Сухих. - 2-е изд., перераб и доп. М.: Агропромиздат, 1989. - 366 с.

2. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: "Наука". 1984. 320 с.

3. Сергеев Г.А., Янтуш Д.А. Статистические методы исследования природных объектов. Л.: "Гидрометеоиздат". 1973. 300 с.

4. Справочник по агролесомелиоративному устройству. / Павловский Е.С., Карган А.В. М.: Лесная промышленность, 1977 г., 152 с.

5. Теория и практика дешифрирования азоснимков. / Под ред. Н.Г.Келля. - Л.: Наука, 1966, с.158-163.

Изобретение относится к области исследования древесной растительности, в частности к способам определения сохранности лесных насаждений с использованием аэрокосмической съемки. Осуществляют аэрокосмическую съемку участков поверхности с лесными насаждениями в поздний весенний или ранний летний период и фотоэталоны соответствующих насаждений. Преобразуют полученное изображение в растровый формат. Трансформируют полученное изображение в топографическую проекцию. Осуществляют компьютерную привязку изображения к географическим координатам. Строят диаграммы распределения пикселей по цветам выбранной системы, приходящихся на выделенный полигон. Осуществляют выделение диапазонов пикселей на основании фотоэталонов, принадлежащих растущим деревьям. Проводят определение сохранности лесных насаждений. Технический результат - определение и картографирование на основании аэрокосмической информации. 3 ил., 1 табл.

Способ определения состояния защитных лесных насаждений, включающий выполнение цветной аэрокосмической съемки поверхности с лесными насаждениями в поздний весенний или ранний летний период и их фотоэталонирование, преобразование полученного изображения в цифровой растровый формат, трансформацию изображения в топографическую проекцию, компьютерную привязку изображения к географическим координатам, создание информационного компьютерного слоя с полигональным выделением лесных насаждений, отличающийся тем, что определяется распределение пикселей, находящихся в выделенных полигонах, по фототону, в шкале цветов выбранной цветовой схемы, строятся диаграммы распределения пикселей по этим цветам, на основании фотоэталонов производится выделение диапазонов пикселей, принадлежащих растущим деревьям, осуществляется вычисление количества пикселей, принадлежащих к выделенным диапазонам и определяется площадь единичного пикселя (S_i), при этом сохранность лесных насаждений определяется по отношению суммарного количества пикселей, отнесенных при дешифрировании к растущим деревьям, находящимся в нормальном состоянии (n_N), к расчетному количеству пикселей (n_Д), определяемому как отношение максимально возможной суммарной площади всего древостоя для данного возраста S_p, высаженного в выделенном полигоне, который очерчивает границы лесного насаждения, к площади единичного пикселя (S_i), при этом сохранность лесных насаждений (χ) определяют по формуле χ=n_N/n_Д, независимо от формы кроны, причем принимается, что если χ больше 0,81 сохранность очень высокая, от 0,71 до 0,80 - высокая, от 0,51 до 0,70 - низкая, 0,50 и ниже - очень низкая, после чего строится цифровая картографическая модель сохранности лесного насаждения в виде отдельного компьютерного картографического слоя.