Методика создания карт динамики природной среды (карт антропогенных изменений) по космическим цифровым снимкам Содержание (стр. 10 из 10)

Вода имеет наиболее простой спектр. Она характеризуется очень низким спектральным коэффициентом отражения <1%. При этом, чем более мы смещаемся в красную область спектра, тем ниже этот коэффициент. Поэтому на космических снимках водные поверхности или сильно обводненные участки территории (например центральные зоны болот) выглядят гораздо темнее, по сравнению с другими объектами.

Открытые участки грунта и горные породы имеют коэффициент отражения плавно увеличивающийся от 5% в синей части спектра до 50-60% в красной части спектра.

И, наконец растительность имеет довольно своеобразный спектр. В синей части спектра спектральный коэффициент отражения ее близок к коэффициенту отражения для грунта. Затем он возрастает до длин волн 0.6 мкм и тут значительно уменьшается – это зона поглощения видимого света хлорофиллом, содержащемся в листьях растений. Начиная с 0.7 мкм коэффициент отражения значительно увеличивается и становиться больше, чем коэффициент отражения для грунта. В ближней инфракрасной зоне спектра наблюдается значительная вариация коэффициента отражения для различных типов деревьев. Для лиственных пород он значительно выше, чем для хвойных. Эти различия обусловлены строением листьев этих деревьев.

Рисунок 7. Сравнение спектров растительности, открытого грунта и воды.

На рисунке 8 показано как выглядят объекты данные объекты на снимках, полученных в различных спектральных диапазонах. Водные поверхности всегда выглядят одинаково – они являются наиболее темным объектом на снимке. И растительность и грунты в 3-ем и 4-ом каналах выглядят по разному. Так в третьем канале растительность значительно темнее открытых участков грунта, а в четвертом канале, наоборот, растительность значительно светлее чем грунты.

Рисунок 8. Диаграмма, иллюстрирующая различия в коэффициентах отражения объектов в различных диапазонах спектра.

Как уже отмечалось, в ближней инфракрасной области коэффициент отражения растительности в большой степени зависит от строения листьев и, поэтому, коэффициенты отражения лиственных и хвойных пород значительно различаются. Коэффициент отражения хвойных пород близок к коэффициенту отражения грунтов, а коэффициент отражения для лиственных пород значительно выше, следовательно в ближнем инфракрасном спектральном канале лиственные насаждения выглядят светлее хвойных. Этот факт можно использовать для оценки успешности лесовосстановления на вырубках. Коэффициент отражения лиственных лесов в значительной мере зависит от фенофазы. В разгар лета, при максимальном развитии листвы он максимален, в весеннее в осеннее время он снижается.

При анализе изменений коэффициента отражения со временем необходимо помнить, что из-за среднего пространственного разрешения мы наблюдаем отраженный свет, интенсивность которого определяется интегральным коэффициентом отражения данного участка. В случае с лиственным лесом в период развития листвы интегральный коэффициент определяется как коэффициентом отражения листвы, так и коэффициентом отражения подстилающей поверхности (почвы). При формировании эталонных изображений, если нет возможности получить снимок в период максимального развития растительности, следует избегать возникновения таких ситуаций - выбирать в качестве эталонов высокополнотные участки леса (что можно установить по однородному тону в видимом диапазоне длин волн - 2,3-ем канале).

Рассмотрим теперь, как выглядят разностные изображения участков территории, вид которых был изменен происходящими на них природными процессами и деятельностью человека.

Ситуация	Видимый диапазон (3 канал TM)		Ближний инфракрасный (4 канал TM)	Комментарий
Осыхание водного объекта, обнажение грунта в русле. На разностном изображении отражается красным цветом.				Осыхание водного объекта привело к значительному увеличению коэффициента отражения и, следовательно, «высветлению» участка с течением времени.
Зарастание ранее существовавшей вырубки. На разностном изображении в 3 канале отображается синим цветом, в 4 канале изменения не заметны.				Вырубка, уже зараставшая к моменту получения первого снимка продолжает зарастать. Коэффициент отражения в 3-ем канале уменьшается. При этом смены пород не наблюдается, что видно из неизменного коэффициента отражения в 4-ом канале.
Новая вырубка хвойного леса и успешное лесовосстановление хвойными породами. На разностном изображении отражается красным цветом как в 3-ем так и в 4-ом каналах.

Вырубка сделана уже после получения первого снимка, поэтому в 3-ем канале коэффициент отражения возрос. В 4-ом канале коэффициент отражения только незначительно изменился из-за эффекта влияния подстилающей поверхности. Смены пород не произошло.

Вырубка хвойного леса и успешное лесовосстановление лиственными породами

На разностном изображении отражается красным цветом как в 3-ем так и в 4-ом каналах.

В 4-ом канале коэффициент отражения изменился более значительно чем в предыдущем случае, т.к. участок восстанавливается лиственными породами.

Строительство дороги и промплощадки

На разностном изображении в 3 канале отображается ярко красным цветом, в 4 канале изменения не заметны.

Строительство дороги и отсыпка площадки привели к значительному увеличению коэффициента отражения в 3-ем канале. В 4-ом канале коэффициент отражения практически не изменился из-за того что строительство проводилось на территории, занятой хвойными лесами.

Строительство дороги по болоту.

На разностном изображении в 3 канале отображается красным цветом, в 4 канале синим цветом.

Строительство дороги привело к увеличению коэффициента отражения в 3-ем канале, вследствие уничтожения болотной растительности и из-за того, что материал отсыпки имеет более высокий коэффициент отражения чем грунт. В 4-ом канале хорошо видно потемнение вызванное уничтожением болотной растительности, вследствие чего коэффициент отражения данного участка уменьшился.