resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-729Research ArticleБиологические науки. Общая биологияBiological sciences. General BiologyМониторинг состояния лесов с использованием кластерного анализа при дешифрировании космических снимков среднего и высокого разрешенияMonitoring of Forest Condition Using Cluster Analysis in Interpretation Process of Middleand High-Resolutions Satellite ImagesРожковЮрий ФилипповичRozhkovYuriy Filippovich

РОЖКОВ Юрий Филиппович – к.х.н., зам. директора, r1953@rambler.ru;

r1953@rambler.ruКондаковаМария ЮрьевнаKondakovaMaria Yuryevna

КОНДАКОВА Мария Юрьевна – к.б.н., с.н.с., vesna-dm@mail.ru.

vesna-dm@mail.ruГосударственный природный заповедник «Олекминский»РоссияState Nature Reserve «Olekminsky»Russian FederationГидрохимический институтРоссияHydrochemical InstituteRussian Federation20161303202521395100Copyright © Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю., 20252025Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю.Rozhkov Y.F., Kondakova M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/729

Целью настоящего исследования была оценка возможности совместного использования двух инструментов кластерного анализа в мониторинге состояния лесов. Мультиспектральные космические снимки высокого и среднего разрешения Landsat TM/ЕТМ+, Aster, Spot, IRS, сделанные с 1995 по 2011 г., и их фрагменты подвергались двухэтапной обработке. Вначале проводились неуправляемая классификации методом ISODATA (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technigue), затем расчет тематической разности результатов классификации. Показана перспективность показателя тематической разности пикселей при оценке нарушенности лесов от пожаров. Нарушенные участки леса имеют сумму пикселей во 2-м подклассе тематической разности большую, чем в 1-м. Тогда как ненарушенные участки леса имеют сумму пикселей в 1-м подклассе тематической разности большую или равную сумме пикселей 2-го подкласса тематической разности. Показана перспективность инструментов кластерного анализа в мониторинге сезонных изменений состояния лесов. Из сравнения двух фрагментов с доминированием лиственницы и сосны сибирской видно, что в сентябре, октябре происходит резкое увеличение пикселей во 2-м подклассе тематической разности фрагмента с доминированием лиственницы за счет увеличения доли пикселей с высокой оптической плотностью после хвоепада и листопада. Для фрагмента с доминированием сосны сибирской сезонные изменения показателя симметрии распределения пикселей менее выражены. Рассмотрена перспективность использования инструментов кластерного анализа пикселей в долговременном мониторинге состояния лесных экосистем (на примере процесса восстановления лесов после пожара). Определена скорость восстановления леса на фрагменте гари площадью 698 га. Показано, что скорость восстановления после пожара зависит от нарушенности леса после него.

The purpose of this study was to find out whether it is suitable to combine two cluster analysis tools for forests condition monitoring. Multispectral satellite images of high and medium resolution Landsat TM/ETM+, Aster, Spot, IRS, made between 1995 and 2011 and their fragments were subjected to two-stage processing. First uncontrolled classification method ISODATA (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique) was used. Then calculation of the thematic difference of classification results was carried out. The prospects to use a parameter of pixels thematic difference for evaluation of disturbance of forests from fires is shown. For disturbed forest areas the amount of pixels in the second subclass of thematic difference is greater than in the first subclass. While undisturbed forest areas have the amount of pixels in the first subclass of thematic difference greater than or equal to the amount of pixels of the second subclass of thematic difference. The prospects of the cluster analysis tools to monitor seasonal changes in forest conditions are shown. Comparison of two fragments the first one with larch dominance and the second one with Siberian pine dominance has shown that in the autumn months the dominance of larch and pine (September, October) there is a sharp increase in pixels in the second subclass of thematic difference in the fragment with larch dominance because of the increasing of the share of pixels with high optical density after larch drop its needles and fall of the leaf. For the fragment with the dominance of Siberian pine seasonal changes in the distribution of pixel symmetry index are less pronounced. Promising tools of cluster analysis of pixels in the longterm monitoring of forest ecosystems (for example, forest restoration process after fire) are considered. The rate of forest recovery on a fragment of burnt area of 698 hectares is defined. It is shown that the rate of recovery after a fire depends on the character of disturbance of the forest after a fire.

дешифрирование космических снимковклассификация Isodataтематическая раз- ность.interpretation of satellite imagesIsodata classificationthematic differencepixelsReferencesDash J., Curran P.J. MTCI: The MERIS Terrestrial chlorophyll index // International Journal of Remote Sensing. – 2004. – № 25. – P. 5403–5413.Dash J., Curran P.J. MTCI: The MERIS Terrestrial chlorophyll index // International Journal of Remote Sensing. – 2004. – № 25. – P. 5403–5413.Hall R.J., Skakun R.S., Arsenault E.J, Case B.S. Modelling forest stand structure attributes using Landsat ETM+ data: application to mapping of aboveground biomass and stand volume // Forest ecology and management. – 2006. – №225. – P.378–390.Hall R.J., Skakun R.S., Arsenault E.J, Case B.S. Modelling forest stand structure attributes using Landsat ETM+ data: application to mapping of aboveground biomass and stand volume // Forest ecology and management. – 2006. – №225. – P.378–390.Krankina O.N., Harmon M.E., Cohen W.B., Oetter D.R., Duane M.V. Carbon stores, thinks, and sources in forests of northwestern Russia can we reconcile forest inventories with remote sensing results? // Climate change. – 2004. – № 67. – P.257–272.Krankina O.N., Harmon M.E., Cohen W.B., Oetter D.R., Duane M.V. Carbon stores, thinks, and sources in forests of northwestern Russia can we reconcile forest inventories with remote sensing results? // Climate change. – 2004. – № 67. – P.257–272.Escuin S., Navarro R., Fernandez P. Fire severity assessment by using NBR (Normalized Burn Ratio) and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from Landsat TM/ETM images // Jounal of Remote Sensing. – 2008. – № 29. – P.1053–1073.Escuin S., Navarro R., Fernandez P. Fire severity assessment by using NBR (Normalized Burn Ratio) and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from Landsat TM/ETM images // Jounal of Remote Sensing. – 2008. – № 29. – P.1053–1073.Hudak A.T., Morgan P., Bobbitt M.J.,Smith M.S., Lewis S.A., Lentile L.B., Robichand P.R., Clark J.T., McKinley R.A. Relationship of multispectral satellite imagery to immediate fire effects // Journal of Fire ecology. – 2007. – №3. – P. 64–90.Hudak A.T., Morgan P., Bobbitt M.J.,Smith M.S., Lewis S.A., Lentile L.B., Robichand P.R., Clark J.T., McKinley R.A. Relationship of multispectral satellite imagery to immediate fire effects // Journal of Fire ecology. – 2007. – №3. – P. 64–90.Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю. Оценка нарушенности лесных экосистем после пожаров с использованием дешифрирования космических снимков // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9 (часть 9). – С. 2018–2022.Рожков Ю.Ф., Кондакова М.Ю. Оценка нарушенности лесных экосистем после пожаров с использованием дешифрирования космических снимков // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9 (часть 9). – С. 2018–2022.ArcView Image Analisis. Руководство пользователя. – М.: Дата+, 1998. – 270 с.ArcView Image Analisis. Руководство пользователя. – М.: Дата+, 1998. – 270 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.