Информационные технологии регионального мониторинга растительных сообществ на основе интеллектуального анализа данных дистанционного зондирования

Проект направлен на создание научно-методических основ новых информационных технологий, обеспечивающих проведение на региональном уровне мониторинга ареалов природных и антропогенно трансформированных растительных сообществ (лесов, степей и т.д.) с целью решения комплекса прикладных задач инвентаризации и сохранения биологического разнообразия в регионе, экологии, управления территорией, обеспечения качества жизни населения. В проекте предполагается решение следующих двух основных научных задач: 1. Создание, исследование и практическая апробация сквозной информационной технологии регионального мониторинга растительных сообществ, включающей общую схему мониторинга, новые методы предварительной обработки и интеллектуального тематического анализа данных ДЗЗ. 2. Создание на территории региона сети опорных полигонов с верифицированными характеристиками фитоценозов, разработка методик ее поддержания в актуальном состоянии, достаточном для использования при автоматизированном определении ареалов и классификации растительности на контролируемой территории по данным ДЗЗ. Актуальность задач проекта обуславливается следующими причинами: - расширяющимся кругом прикладных задач, охватывающих уже не только традиционные сферы общей фитоэкологической оценки территории, но и более сложные и наукоемкие приложения, связанные с детальным анализом ареалов растительных сообществ; - недостаточными точностью, достоверностью и оперативностью получения результатов мониторинга растительных сообществ, не отвечающим возрастающим требованиям новых прикладных задач; - появлением новых технических средств ДЗЗ, требующим пересмотра подходов к обработке и анализу поступающей информации; - прогрессом в области математических методов и информационных технологий интеллектуального анализа данных ДЗЗ, достигнутым за последние годы; - слабым учетом региональной специфики мониторинга растительных сообществ: состояния геоинформационного обеспечения конкретного региона, степени изученности расположенных на его территории природных комплексов. В проекте предлагается учесть специфику мониторинга, осуществляемого на сравнительно небольших территориях (уровня региона). Во-первых, контролируемая территория может быть покрыта одним космическим снимком, получаемым практически одномоментно. При этом условия съемки данных ДЗЗ оказываются одинаковыми в пределах кадра. Во-вторых, заранее выявляется или искусственно создается некоторый набор опорных полигонов с известными характеристиками растительности. Зная местоположение этих полигонов, можно найти и другие, априори неизвестные участки растительности с аналогичными характеристиками. Выявленные участки подвергаются более детальному изучению с целью оценки характеристик фитоценозов, их окончательной верификации и, возможно, пополнения множества опорных полигонов. Предлагаемый подход порождает модификацию постановок известных задач компьютерной обработки изображений: 1) яркость и спектральный состав растительности в опорных полигонах различаются в разных сеансах космической съемки из-за неточно выполненной радиационной и радиометрической коррекции снимков. Т.е. обучение процедур классификации изображений должно проводиться в условиях существенной изменчивости признаков обучающей выборки; 2) объем обучающей выборки оказывается часто недостаточен для применения нейросетевых методов, требующих огромного объема данных для обучения; 3) для количественной оценки фитоценозов необходимо улучшение детальности изображений и их семантическая сегментация. Однако, известные методы решения этих задач не всегда обеспечивают необходимое качество обработки данных и нуждаются в улучшении; 4) для применения предлагаемой информационной технологии важна скорость обработки данных. Разработка достаточно быстрых алгоритмов также является важным аспектом исследований по проекту. Перечисленные факторы обусловливают научную новизну ожидаемых результатов проекта.