Preview

Vestnik of North-Eastern Federal University Series "Earth Sciences"

Advanced search

COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF FOREST MASSIVES USING SEGMENTATION AND CLUSTER ANALYSIS OF LANDSAT IMAGES

https://doi.org/10.25587/SVFU.2021.24.4.013

Abstract

For the purpose of monitoring the state of forest ecosystems, it is most effective to use the capabilities 2 of remote sensing methods. Fragments with an area of 990 km (scale 1:10,000) were identi ed on the LANDSAT multispectral satellite images of the territory of the Olyokminsky State Nature Reserve. Then polygons were saved at four levels of detail - 4, 16, 64, 256 with scales of 1:5,000, 1:2,500, 1:1,250, 1:675. When decrypting, an uncontrolled classi cation of polygons was carried out using the ISODATA method (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technigue) into 2, 10 classes. Distribution curves of the forest cover index values for polygons of the 4th level of segmentation (detail) were built. The nature of the curves was close to the normal distribution, but the curve for the North polygon was atter, which indicates a more even distribution of the forest cover index over all ranges of values. According to the results of the classi cation into 10 classes, statistic processing was carried out with the calculation of indicators of the difference and similarity of polygons: the variance of the general population and the Fisher test (F-test). There were highlighted the most similar pairs of polygons at different levels of segmentation. The results of changes in the variance of the general population and the F-test at different levels of segmentation are considered. The rules for the transition between four levels of self-similarity (scaling) of multifractal structures are described. It was shown that the variance of the tetrad of each level changes by a constant value when moving between the levels of detail, regardless of the variance values within the tetrad. The value of the transition coef cients in the transition between the levels of segmentation (detail) is the difference between the average values of the variances of each of the levels. The value of the transition coef cients during the transition between the segmentation levels is determined by the difference between the variances of the current and the previous segmentation level.

Keywords


About the Author

Y. F. Rozhkov
Olekminsky State Nature Reserve
Russian Federation


References

1. Мониторинг биологического разнообразия лесов России: методология и методы / под ред. А.С. Исаева. - М.: Наука, 2008. - 453 с.

2. Исаев А.С. Использование спутниковых данных для мониторинга биоразнообразия лесов / А.С. Исаев, С.В. Князева, М.Ю. Пузаченко и др. // Исследование Земли из космоса.- 2009. - № 2. - С. 1-12.

3. Толкач И.В. Методы основных таксационно-дешифровочных показателей на цифровых снимках / И.В. Толкач // Труды БГТУ. -2012. - №1. - С-63-65.

4. Исаев А.С. Моделирование лесоообразовательного процесса: Феноменологический подход / А.С. Исаев, В.Г. Суховольский, Р.Г. Хлеборос и др. // Лесоведение. - 2005. - №1. - С 3-11.

5. Козодеров В.В., Кондранин Т.В. Методы оценки состояния почвенно-растительного покрова по данным оптических систем дистанционного аэрокосмического зондирования.- М: МФТИ, 2008.- 222 с.

6. Методика лесного стереоскопического дешифрирования аэро- и космических снимков. - Санкт-Петербург: Леспроект, 2015. - 23 с.

7. Малышева Н.В. Дешифрирование древесной растительности на сверх детальных изображений. - М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2014. - 40 с.

8. Терехин Э.А. Сезонная динамика проективного покрытия растительности агроэкосистем на основе спектральной спутниковой информации / Э.А. Терехин // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - том 16, № 4. - С. 111-123.

9. Иванов Е.С. Некоторые приложения сегментации снимков ДЗЗ / Е.С. Иванов // Cовременные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2016. - том 13, № 1. - С. 105-116.

10. Макаренко Н.Г., Мультифрактальная сегментация данных дистанционного зондирования / Н.Г. Макаренко, О.А. Круглун, И.Н. Макаренко и др. // Исследование Земли из космоса. - 2008. - № 3. - С. 18-26.

11. Бутусов О.Б. Мультифрактальная сегментация ландшафтов на космическом изображении / О.Б. Бутусов, Н.И. Редикульцева, О.П. Никифорова // Международный научно-исследовательский журнал. - 2017. - № 12 (66). Ч. 2. - C. 196-203. doi: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.216/

12. Шовенгердт Р.А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. - М/: Техносфера, 2010. - 560 с.

13. Шумаков Ф.Т., Классификация космических снимков с использованием методов кластерного анализа / Ф.Т. Шумаков, В.А. Толстохатько, А.Ю. Малец // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2011. - Вып. 3/4(51). - С. 58-62.

14. Рожков Ю.Ф. Оценка возможности использования показателя симметрии распределения пикселей в мониторинге состояния лесов при дешифрировании космических снимков среднего и высокого разрешения / Ю.Ф. Рожков, М.Ю. Кондакова // Nature Conservation Research. Заповедная наука. - 2016. - Вып. 1(1). - С. 98-107. doi: 10.24189/ncr.2016.008

15. Fu G., Zhao H., Li C., Shi L. Segmentation for High-Resolution Optical Remote Sensing Imagery Using Improved Quadtree and Region Adjacency Graph Technique // Remote Sens. - 2013. - No. 5. - P. 3259-3279. doi:10.3390/rs5073259.

16. Рожков Ю.Ф. Мониторинг состояния лесных экосистем с использованием космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения / Ю.Ф. Рожков // Вестник СВФУ. Серия «Науки о Земле». - 2019. № 4(16). С.71-81. doi: 10.25587/SVFU.2020.16.49741

17. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. - М.: Академия, 2004. - 336 с.

18. Рожков Ю.Ф. Оценка нарушенности лесных экосистем и их восстановления после пожаров в Олекминском заповеднике (Россия) по космическим снимкам Landsat / Ю.Ф. Рожков, М.Ю. Кондакова // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. - 2021. - том 26, № 2. - С. 94-107.

19. Рожков Ю.Ф. Оценка структурных характеристик лесных экосистем с использованием дешифрирования космических снимков высокого и сверхвысокого разрешений / Ю.Ф. Рожков, М.Ю. Кондакова // Вестник СВФУ.- 2018. - № 1(63). - С. 38-51. doi: 10.25587/ SVFU.2018.63.10539.

20. Мандельброт Б.Б. Фрактальная геометрия природы. - М: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с.

21. Mandelbrot B.B. The fractal geometry of trees and other natural phenomena / Buffon Bicentenary Symposium on Geometrical Probability, ed. R.Miles&J.Serra. Lecture Notes in Biomathematics. - 1978. - Vol. 23. - P. 235-249.


Review

For citations:


Rozhkov Y.F. COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF FOREST MASSIVES USING SEGMENTATION AND CLUSTER ANALYSIS OF LANDSAT IMAGES. Vestnik of North-Eastern Federal University Series "Earth Sciences". 2021;(4):33-43. (In Russ.) https://doi.org/10.25587/SVFU.2021.24.4.013

Views: 147


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-8751 (Online)