CC BY
52
References
1. Sukhikh V. I. Aerokosmicheskie metody v lesnom khozystve I landshaftnom stroitelstve (Aerospace methods in forestry and landscape construction). Yoshkar-Ola, MarGTU, 2005, 392 p.
2. Armand N. A., Chimitdorzhiev T. N., Efremenko V. V. [etc.] Radiotekhinika I Elektronika. 1998, vol. 43, no. 9, pp. 1070-1075.
3. Bondur V. G., Chimitdorzhiev T. N. Izvestia visschih uchebnih zavedeniy. Geodeziya I aerofotos’emka. 2008, no. 6, pp.64-73.
4. Kirbizhekova I. I., Batueva E. V., Darizhapov D. D. Journal Radioelektroniki. 2010, no. 10, pp. 85-94.
5. Chimitdorzhiev T. N., Arkhincheev V. V., Dmitriev A. V. Isledovaniya zemli iz kosmosa. 2007, no. 5, pp. 80-82.
© Чимитдоржиев Т. Н., Гармаев А. М., Кирбижекова И. И., Емельянов К. С., Гусев М. А., Базаров А. В., 2013
УДК 537.871.5 530.1:528.871.6
КАРТИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЛЕСНЫХ СРЕД НА ОСНОВЕ ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИХ РАДАРНЫХ ДАННЫХ ПО БАЙКАЛЬСКОМУ РЕГИОНУ*
И. И. Кирбижекова, Е. В. Батуева
Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук 670047, Россия, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6. E-mail: [email protected]
Для исследования состояния и мониторинга динамики лесных сред актуально развитие и применение методов радарной поляриметрии. Проведен статистический анализ сезонных изменений объемной компоненты разложения Клода-Поттье по Улан-Удэ и его окрестностям на основе данных ALOS PALSAR 2007-2009 гг. Результаты могут быть использованы для картирования лесных массивов.
Ключевые слова: радарная поляриметрия, декомпозиционные методы, лесная среда.
MAPPING AND MONITORING OF FOREST ENVIRONMENTS ON THE BASIS OF POLARIMETRIC RADAR DATA ON BAIKAL REGION
I. I. Kirbizhekova, E. V. Batueva
Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Science, Siberian Branch 6 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia. E-mail: [email protected]
For study and monitoring of the state and changes offorest environment it is actual to develope and apply radar po-larimetry. We performed a statistical analysis of seasonal changes in the volume components of the Claude-Pottier decomposition for the city Ulan-Ude and its surroundings on the basis of ALOS PALSAR 2007-2009. Results can be used for forest mapping.
Keywords: radar polarimetry, decomposition methods, forest medium.
Благодаря уникальной проникающей способности методы решения многочисленных прикладных задач
электромагнитных волн сантиметрового и дециметрово- хорошо известны. В настоящее время наиболее распро-
го диапазона радиолокационные методы обладают оп- странены методы классификации природных и искусст-
ределенными преимуществами и возможностями иссле- венных объектов основанные на поляриметрической
дования физических свойств и состояния объектов ис- декомпозиции разделяющей объекты по типам меха-
следования [1]. При отражении и рассеянии радиолока- низмов рассеяния [4-6]. Декомпозиция методом Клода-
ционных волн происходит преобразование их поляриза- Поттье и визуальное сравнение разносезонных изобра-
ции в зависимости от физических свойств среды, таких жений ALOS PALSAR по территории дельта реки Се-
как диэлектрическая проницаемость, проводимость, ленга выявило значительные изменения процессов рас-
температура, влажность и т. п., а также от геометриче- сеяния по исследуемой территории, причем наиболее
ских свойств рельефа, шероховатости поверхности и др. сильные изменения связаны с зимним периодом с отри-
[2; 3]. Базовые аспекты теории и поляриметрические цательными температурами [7].
Исследования выполнены при частичной поддержке гранта РФФИ 13-08-01132 «Создание системы дистанционного мониторинга состояния и изменений объектов биосферы на основе данных радарной поляриметрической интерферометрии».
Сезонные изменения результатов поляриметрической декомпозиции. Ранее проведенный нами статистический анализ результатов классификации осенне-зимних поляриметрических данных АЬ08 РАЬ8АЯ по территории горного массива Хамар-Дабан, долины и дельты реки Селенга выявил значительное снижение в зимний период (на 20 %) доминирующей роли объемного рассеяния высокой и средней энтропии и рост доминирования поверхностного рассеяния средней и низкой энтропии [8]. Сравнительный анализ поляриметрических характеристик также указывает на сезонные изменения процессов рассеяния. В частности, для лесных массивов в зимний период установлены изменения радарного вегетационного индекса т, степени поляризации и др., свидетельствующих о снижении доли объемного рассеяния. Подобные изменения отчасти обусловлены общим уменьшением биомассы смешанных лесов и кустарниковой растительности при смене сезонов осень-зима. Дополнительное исследование сезонных изменений объемной Буо!, нечетной Р0<и и четной Баы компонент Фримана на небольшом чисто сосновом тестовом участке Кударинского лесхоза показало снижение объемной и двукратной компонент в среднем на 3^3.5 дБ и стабильность поверхностной ком-
поненты. Таким образом, изменения объемной составляющей в радиолокационном отклике от лесной среды также связано с изменением диэлектрической проницаемости и проводящих свойств среды.
Аналогичный статистический анализ проведен на паре весенних снимков г. Улан-Удэ и его окрестностей, полученных ЛЬ08 РАЬ8АЯ 17 апреля 2009 г. и 28 мая 2007 г. (начало и конец весны). Изображения интенсивности и трех компонент Фримана на 2009 г. представлены на рис. 1. На территории ровные участки поверхности располагаются в долине р. Уда (рис. 1, б), преобладает гористая местность, покрытая лесами (рис. 1, в). Породный состав варьируется, в основном смешанный с преобладанием сосны и лиственницы (87 %). В долине р. Уда располагаются городские кварталы, дачные поселки, пригороды (рис. 1, г).
Визуальное сравнение результатов Н-А-а-класси-фикации, компонент Фримана, т и других показало локальные малозаметные изменения. Гистограммы т для снимка в целом и двух полигонов, демонстрирующих небольшой рост т лесной растительности к концу весны (см. рис. 1, а) представлены на рис. 2. Для третьего полигона графики практически дублируют рис. 2, а.
б в
Рис. 1. Интенсивность (а) радиолокационного изображения г. Улан-Удэ и его окрестностей по данным АЬОБ РЛЬБАЯ 17/04/2009 и компоненты разложения Фримана: Е0(М (б); Гуо! (в); Бды (г)
а
г
в
Рис. 2. Гистограммы распределения радарного вегетационного индекса на основе данных ЛЬОБ РЛЬБЛЯ: а - снимки в целом и два тестовых участка; б - северные горы; в - долина р. Уда
Статистика классов ^а-классификации на 28/05/2007 и изменения Д к 17/04/2009
Класс Снимок в целом, % Тестовый полигон 1 «Северные горы», % Тестовый полигон 2 «Южные горы», % Тестовый полигон 3 «Долина р. Уда», %
2007 Д 2007 Д 2007 Д 2007 Д
Четное (в основном двукратное) рассеяние (ОЫ)
1 (высокой энтропии) 0 +0 0 +0 0 +0 0 +0
4(средней энтропии) 1,99 -0,17 0,20 -0,02 3,28 -0,10 3,75 -1,62
7 (низкой энтропии) 0,12 +0,03 0,03 +0,03 0,08 +0,05 0,22 -0,09
Объемное рассеяние (Уоі)
2 (высокой энтропии) 33,27 -5,97 61,59 -10,63 10,70 -1,73 1,67 +0,88
5(средней энтропии) 24,42 +1,03 14,52 +2,39 39,90 -1,90 16,29 -2,09
8 (низкой энтропии) 0,05 +0 0,03 +0 0,03 +0 0,06 -0,03
Нечетное (в основном поверхностное) рассеяние (Odd)
6(средней энтропии) 35,32 +4,22 22,26 +7,49 42,64 +3,84 59,09 +1,27
9 (низкой энтропии) 4,81 +0,87 1,36 +0,78 3,36 -0,06 18,92 -1,68
Статистика населенности классов для 28 мая 2007 г. и ее изменение к 28.05.2009 г. представлены в таблице. Как видно из таблицы, в целом по снимку объемное рассеяние доминирует на 58 % территории, поверхностное на 40 %, а двукратное - на 2 %. В горах (полигон 1) иное распределение - 76, 23 и 1 % соответственно, и в долине р. Уда (полигон 3) - 18, 78 и 4 %. Объемное рассеяние высокой энтропии в целом
по снимку в начале весны на 5,97 % ниже, причем изменения в основном связаны с лесной растительностью на горах (10,63 %), что вероятнее всего, обусловлено вкладом лиственных пород на стадии роспуска листвы. В долине р. Уда изменения имеют противоположное направление, скорее всего, вследствие более долговременных причин (застройки, прирост насаждений на дачных участках и в пригородах).
Таким образом, сезонные изменения процессов рассеяния в лесной среде в зависимости от породного состава леса отражаются на изменениях поляриметрических характеристик, а также доминировании объемной и поверхностной компонент рассеяния на радиолокационных снимках L-диапазона. Сохранение или смена доминирующей роли объемной и поверхностной компонент в совокупности с другими поляриметрическими характеристиками может служить индикатором хвойных и лиственных пород и возможности их картографирования на основе радарных данных.
Библиографические ссылки
1. Manual of Remote Sensing. Principles and Applications of Imaging radar Manual / by ed. R. A. Ryerson. Vol. 2. 1998. P. 865.
2. Кирбижекова И. И., Батуева Е. В., Дарижапов Д. Д. Поляриметрические свойства природных объектов на радарных изображениях Байкальского региона // Журнал радиоэлектроники. № 10. С. 85-94.
3. Козлов А. Л., Логвинов А. И., Сарычев В. А. Радиолокационная поляриметрия. Поляризационная структура радиолокационных сигналов. М. : Радиотехника. 2007.
4. Чимитдоржиев Т. Н. Некоторые результаты анализа гибридной поляриметрии ALOS PALSAR // Исследование Земли из космоса. 2010. № 6. С. 59-62.
5. Cloude S. R., Pottier E. An Entropy-Based Classification Scheme for Land Applications of Polarimetric SAR // IEEE Trans GRS. 1997. Vol. 35 (1). P. 68-78.
6. Freeman A., Durden S. T. A Three-Component Scattering Model for Polarimetric SAR Data // IEEE Trans. GRS. 1998. Vol. 36 (3). P. 963-973.
7. Захарова Л. Н., Захаров А. И Динамика поляриметрических свойств естественных покровов на разносезонных данных ALOS PALSAR // Журнал радиоэлектроники. № 10. С. 39-45.
8. Кирбижекова И. И., Батуева Е. В. Исследования сезонных изменений лесных массивов по данным ALOS PALSAR // Известия вузов. Физика. 2012. Т. 55, № 8/2. С. 270-271.
References
1. Manual of Remote Sensing. Principles and Applications of Imaging radar Manual. R. A. Ryerson editor-in-chief. USA. Vol. 2. 1998. P. 865.
2. Kirbizhekova I. I., Batueva E. V., Darizhapov D. D. Journal Radioelectronici, 2010, no. 10, pp. 85-94.
3. Kozlov A. L., Logvinov A. I., Sarichev V. A. Ra-diolokatsionnaya polyarimetriya. Polyarizatsionnaya struktura radiolokatsionnykh signalov (Radar polarimetry. Polarization structure of radiolocation signals). Moscow, Radiotekhnika, 2007, 640 р.
4. Chimitdorzhiev T.N. Issledovaniya Zemli iz kosmosa, 2010, no 6, pp. 59-62.
5. Cloude S. R. and Pottier E. An Entropy-Based Classification Scheme for Land Applications of Polarimetric SAR//IEEE Trans GRS. 1997. Vol. 35 (1). P. 68-78.
6. Freeman A. and Durden S.T. IEEE Trans. GRS, 1998, Vol. 36 (3), pp. 963-973
7. Zakharova L. N., Zakharov A. I. Journal Radioelectronici, 2010, no 10, pp. 39-45.
8. Kirbizhekova I. I., Batueva E. V. Izvestia Vuzov. Physics, 2012, vol.55, no 8/2, pp. 270-271.
© Кирбижекова И. И., Батуева Е. В., 2013
УДК 551.321+550.837.76
ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЛЕДОВОГО ПОКРОВА ОЗЕРА БАЙКАЛ ПО РАДАРНЫМ ДАННЫМ И МЕТОДАМИ GPS-НАВИГАЦИИ*
Т. Н. Чимитдоржиев1, Г. И. Татьков , Ц. А. Тубанов2, П. Н. Дагуров1, А. И. Захаров3,
И. И. Кирбижекова , А. В. Дмитриев1, М. Е. Быков1
1Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Россия, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6. Е-шаП: [email protected] 2Геологический институт Сибирского отделения Российской академии наук Россия, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а. Е-шаД: [email protected] 3Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова Российской академии наук Россия, 141190, Фрязино Московской области, площадь им. акад. Б. А. Введенского, 1.
Е-шаП: [email protected]
Представлены результаты исследований деформаций и динамики ледового покрова озера Байкал на основе радиолокационных данных и наземных ОРБ-измерений. Методами спекл-интерферометрии определены значения и направления горизонтальных смещений ледовых массивов в южной котловине и в окрестностях п-ва Святой хорошо согласующиеся с наземными ОРБ-измерениями.
Ключевые слова: спекл-интерферометрия, текстурный анализ, ОРБ-измерения.
* Исследования выполнены при поддержке Междисциплинарного проекта СО РАН № 73 «Изучение закономерностей и механизмов сейсмотектонических процессов в земной коре методами физического моделирования на ледовом покрове озера Байкал». Радарные данные ALOS PALSAR получены по гранту Японского аэрокосмического агентства 09/JAXA/AE0 № 0223001 «Study of topography and geology of Baikal region using optical and radar ALOS data».
