Оценка характеристик нарушенных пожарами лесов на основе спутниковых данных высокого разрешения с использованием метода LightGBM

Проведены исследования возможности картографирования характеристик нарушенных пожарами лесов на основе спутниковых данных Sentinel-2 с пространственным разрешением 10-20 м. В работе были использованы результаты наземных обследований территории тестовых полигонов, с определением характеристик лесного покрова, в частности категории санитарного состояния отдельных деревьев, на основе которых могут быть определены характеристики повреждения древостоя в целом, такие как степень усыхания (СУ) и средневзвешенная категория состояния (СКС). Для оценки этих показателей на основе спутниковых данных использовались методы машинного обучения, а именно метод случайного леса (Random forest) и алгоритм градиентного бустинга (Light Gradient Boosted Machine (далее — LightGBM)). Выполненные эксперименты показали возможность оценки СКС и СУ. Наилучший результат получен при использовании метода LightGBM с использованием в качестве признаков значений коэффициента спектральной яркости в ближней и средней ИК областях спектра (0.84 и 1.61 мкм) после воздействия огня, при этом значения коэффициента детерминации составило R2=0.88 и R2=0.89 соответственно. Таким образом, для полигонов с нарушенными пожарами лесами были сформированы обновленные карты показателей СУ и СКС с пространственным разрешением 10 м.
Работа выполнена в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, обеспечение создания системы учёта данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» (госрегистрация № 124060500032-7). Использовалась инфраструктура хранения и обработки спутниковых данных Центра коллективного пользования "ИКИ-Мониторинг" (Лупян и др., 2019).
1. Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Кашницкий А.В., Балашов И.В., Барталев С.А., Константинова А.М., Кобец Д.А., Мазуров А.А., Марченков В.В., Матвеев А.М., Радченко М.В., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ-Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151–170. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170.