METHOD OF STEPWISE CLASSIFICATION OF SATELLITE IMAGES FOR THE THEMATIC MAPPING OF FOREST COVER

Олег Николаевич ВОРОБЬЕВ, Эльдар Аликрамович КУРБАНОВ, Александр Владимирович ГУБАЕВ, Екатерина Николаевна ДЕМИШЕВА

Abstract


Introduction. Question of unification and automation of the forest cover decoding are of great importance in connection to increasing number of used satellites. Regional estimates of forest cover are significant for solving problems of monitoring and validation of thematic maps by alignment o satellite images of middle and high spatial resolutions. The goal of research is to develop method of stepwise classification of satellite images of middle resolution for thematic mapping of forest cover with the user of classification systems of FAO, NASA and Russian state forest inventory. Objects and methods. Approbation of the methodology was carries out on the territory of Middle Povolzhje including Republics of Mari El, Chuvashia, Tatarstan, Kirov and Nizhny Novgorod region. In the research we used archival Landsat images of 2011 and 2014 years. Spectral separability of forest classes on the satellite images, transformed by the “Tasseled cap” procedure to the images of Brightness, Greenness, and Wetness, was carried out in the “feature space”. For determination of the age groups (young, middle-aged, mature and over mature stands) of the decoding forest class each thematic layer was subject to detailed classification with scale of specified gradations and iterations. Results and discussion. After separation of all classes under unsupervised classification a detailed thematic map on 14 and 5 classes of land cover was derived. Similar values of spectral signatures showed mature and middle aged forest stands, which brings to the mixture of classes in the process of satellite images classification. Maximum spectral separability revealed main forest classes TNEC_MaO (Tree Needleleaved Evergreen Closed_Mature and Overmature), TBDC_MaO (Tree Broadleaved Deciduous Closed_Mature and Overmature), and TMC_MaO (Tree mixed closed _Mature and Overmature). The analyses of newly obtained multi temporal thematic maps on the territory of Middle Povozhje show a decrease of TNEC_MaO class area on the 2,8%. At the same time on the base of thematic maps of 2001 and 2014 there is a slight increase in TNEC_M class (Tree Needleleaved Evergreen Closed_ Middle aged) on 2,3%, and TNEO_W (Tree Needleleaved Evergreen Closed_Wetland) on 0,6%. The research results could be used for the implementation of forest monitoring with the use of remote sensing techniques. Conclusions. We suggest improved methodology of stepwise classification of forest cover on satellite images of middle spatial resolution on the base of international systems of land cover classifications. The research results could be used during implementation of forest monitoring by the methods of remote sensing, carrying out forest activities on increasing productivity, conservation of biodiversity and sustainable use of forest resources.

Keywords


satellite images; GIS; remote sensing; classification; remote monitoring of forests; thematic mapping

Full Text:

PDF (Russian)

References


Колесникова, О.Н. Возможности ПК ENVI для обработки мультиспектральных и гиперспектральных данных / О.Н. Колесникова, А.С. Черепанов // Геоматика. – 2009. – № 3. – С. 24-27.

Ran, Y. Evaluation of four remote sensing based land cover products over China / Y. Ran, X. Li, L. Lu // International Journal of Remote Sensing. – 2010. – Vol. 31, № 2. – Pp. 391-401.

Савин, И.Ю. Спутниковый мониторинг воздействия засухи на растительность (на примере засухи 2010 года в России) / И.Ю. Савин, С.А. Барталев, Е.А. Лупян и др.// Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2011. – Т. 8. – С. 150-162.

Курбанов, Э.А. Оценка зарастания земель запаса Республики Марий Эл лесной растительностью по спутниковым снимкам / Э.А. Курбанов, О.Н. Воробьёв, А.В. Губаев, и др. // Вестник Марийского государственного технического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2010. – № 2(9).– С. 14-20.

Хлюстов, В.К. Автоматизация комплексной оценки лесных ресурсов и мониторинг состояния лесов дистанционными методами нового поколения / В.К. Хлюстов // Лесное хозяйство. – 2011. – № 6. – С.13-14.

Курбанов, Э.А. Четыре десятилетия исследований лесов по снимкам Landsat / Э.А. Курбанов, О.Н. Воробьев, А.В. Губаев и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2014. – № 1(21).– С. 18-32.

Levin, N. Mapping forest patches and scattered trees from SPOT images and testing their ecological importance for woodland birds in a fragmented agricultural landscape / N. Levin, C. McAlpine, S. Phinn, et al. // International Journal of Remote Sensing. – 2009. – Vol. 30, № 12. – Рр. 3147–3169.

Терехин, Э.А. Анализ каналов спутниковых данных Landsat TM для оценки характеристик лесных насаждений лесостепной провинции среднерусской возвышенности / Э.А. Терехин // Исследование Земли из космоса. – 2012. – № 2. – C. 53-62.

Bartalev, S.A. New SPOT4-VEGETATION derived land cover map of Northern Eurasia / S.A. Bartalev, A.S. Belward, D. Ershov, A.S. Isaev // International Journal of Remote Sensing. – 2003. – Vol. 24. – Pp. 1977-1982.

Барталев, С.А. Исследования ИКИ РАН по развитию методов спутникового мониторинга растительного покрова / С.А. Барталев, Е.А. Лупян // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2013. – Т. 10, № 1. – С. 197-214.

Елсаков, В.В. Картирование растительного покрова бассейна р. Кожим (Приполярный Урал) с использованием материалов дистанционного зондирования / В.В. Елсаков, И.О. Марущак, В.М. Щанов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2009. – Т. 2., Вып. 6. – С. 360-364.

Елсаков, В.В. Растительный покров Югорского полуострова в условиях климатических изменений последних десятилетий / В.В. Елсаков, Е.Е. Кулюгина // Исследование Земли из космоса. – 2014. – Т. 11, № 3. – С. 65-77.

Харин, Н.Г. Возможности использования вегетационного индекса (NDVI) для изучения фенологии и состава лесов России / Н.Г. Харин, В.М. Жирин, Р. Татеиши // Исследование Земли из космоса. – 2006. – № 3. – 89-96.

Воробьев, О.Н. Дистанционный мониторинг городских лесов / О.Н. Воробьев, Э.А. Курбанов, А.В. Губаев и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2015. – № 1 (25).– С. 5-21.

Potapov, P. Combining MODIS and Landsat imagery to estimate and map boreal forest cover loss / P. Potapov, M.C. Hansen, S.V. Stehman et al // Remote Sensing of Environment. – 2008. – № 112(9). – Pp. 3708-3719.

Sohl, T.L. Addressing foundational elements of regional land-use change forecasting/ T.L. Sohl, R.L. Thomas, M.S. Benjamin, et al // Landscape ecology. – 2010. – № 25. – Pp. 233-247.

Cohen, W.B. An improved strategy for regression of biophysical variables and Landsat ETM+data / W.B. Cohen, T.K. Maiersperger, S.T. Gower, D.P. Turner // Remote Sensing of Environment. – 2003. – № 84. – Pp. 561-571.

Phillips, R.L. Scaling-up knowledge of growing-season net ecosystem exchange for long-term assessment of North Dakota grasslands under the Conservation Reserve Program/ R.L. Phillips, O. Beeri // Global Change Biology. – 2008. – № 14. – Pp. 1008-1017.

Курбанов, Э.А. Оценка зарастания земель запаса Республики Марий Эл лесной растительностью по спутниковым снимкам / Э.А. Курбанов, О.Н. Воробьёв, А.В. Губаев и др. // Вестник Марийского государственного технического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2010. – № 2 (9). – С. 14-20.

Воробьев, О.Н. Методика выявления степени повреждения древостоев после пожаров 2010 года в Среднем Поволжье / О.Н. Воробьев, Э.А. Курбанов, С.А. Лежнин и др. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2014. – № 4 (11). – С. 217-229.

Курбанов, Э.А. Тематическое картирование и стратификация лесов Марийского Заволжья по спутниковым снимкам Landsat / Э.А. Курбанов, О.Н. Воробьев, С.А. Незамаев и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2013. – № 3 (19). – С. 72-82.

Денисов, С.А. Проблемы воспроизводства сосновых лесов Среднего Поволжья/ С.А. Денисов, К.К. Калинин, В.П. Бессчетнов и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2012. – № 1 (15). – С. 12-23.

Курбанов, Э.А. Опыт сохранения уникальных лесов и биологического разнообразия в национальных парках западного побережья США / Э.А. Курбанов, М.А. Яцков, О.Н. Воробьёв и др. // Вестник Марийского государственного технического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2011. – № 1 (11). – С. 99-107.

Курбанов, Э.А. Дистанционный мониторинг динамики нарушений лесного покрова, лесовозобновления и лесовосстановления в Марийском Заволжье / Э.А. Курбанов, Т.В. Нуреева, О.Н. Воробьев и др. // Вестник Марийского государственного технического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2011. – № 3 (13). – С. 17-24.

Healey, S.P. Comparison of Tasseled CapBased Landsat Data Structures for Use in Forest Disturbance Detection / S.P. Healey, W.B. Cohen, Y. Zhiqiang, O. Krankina // Remote Sensing of Environment. – 2005. – № 97. – Pp. 301-310.

Воробьев, О.Н. Дистанционный мониторинг лесных гарей в Марийском Заволжье / О.Н. Воробьев, Э.А. Курбанов, А.В. Губаев и др.// Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2012. – № 1 (15). – С. 12-22.

Губаев, А.В. Классификация наземного покрова Среднего Поволжья по спутниковым снимкам среднего разрешения / А. В. Губаев, Э. А. Курбанов, О. Н. Воробьев и др.// Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность и дистанционный мониторинг: материалы международного научно-практического семинара [Электронный ресурс]. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. – С. 7-19. – URL: http://csfm.marstu.net/publications.html 20.04.2012

Воробьев, О.Н. Мониторинг состояния растительного покрова на территории Республики Марий Эл с использованием ENVISAT MERIS /О.Н. Воробьев, Э.А. Курбанов// Вестник МГУЛ – Лесной вестник. – 2013. – № 7 (99). – С. 42–45.

Методические рекомендации по проведению государственной инвентаризации лесов: утверждены приказом Рослесхоза от 10.11.2011 № 472 // [Электронный ресурс]. – 2011. Режим доступа: http://www.rosleshoz.gov.ru/docs/leshoz/199 (Дата обращения 05.12.2015).

Курбанов, Э.А. Тематическое картирование растительного покрова по спутниковым снимкам: валидация и оценка точности / Э.А. Курбанов, О.Н. Воробьев, С.А. Лежнин и др. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2015. – 132 с.

Денисов С.А. Управление лесовосстановлением на гарях /С.А. Денисов, Т.А. Конюхова, Т.С. Рачкова // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2015. – № 3 (27).– С. 5-14.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.