Sentinel-1 datu lietojums koku ciršanas gadījumu konstatēšanā

2018. gada 19. jūnijs

Latvijas Universitātes Ģeogrāfijas un Zemes zinātņu fakultātes Ģeogrāfijas bakalaura studiju programmas students Reinis Cimdiņš mācību prakses laikā pievienojās SIA Envirotech kartogrāfijas nodaļas komandai. Aicinām arī jūs iepazīties ar Reiņa izstrādāto pētījumu par Sentinel-1 datu izmantošanu koku ciršanas gadījumu konstatēšanā.

Sentinel-1 datu lietojums koku ciršanas gadījumu konstatēšanā

Meža resursu kartēšanai un stāvokļa novērtēšanai ir ekonomiski un ekoloģiski būtiska nozīme. Meža nozarē jau vairākas desmitgades attālā izpēte lietota dažādu procesu optimizācijā. Latvijā visbiežāk izmantoti optisko sensoru materiāli, kuru kvalitāte un pieejamība atkarīga no laikapstākļiem (mākoņainības) un diennakts stundas. Sentinel-1 radara sistēma ir relatīvi jauns brīvpieejas datu avots un iepriekšminētie ierobežojumi uz to neattiecas. Šo datu lietojums, vismaz Latvijas mežsaimniecībā, nav plaši pētīts.

Izmantojot mūsdienu attālās izpētes brīvpieejas datus iespējams kontrolēt meža platību izmaiņas. Sentinel-1 datiem ir sešu dienu laika izšķirtspēja, kas uzskatāma par priekšrocību, jo regulārais datu pārklājums ļauj gūt aktuālu informāciju par situāciju mežaudzē, tādejādi, kalpojot par vērtīgu informācijas avotu gan meža īpašniekam, gan reģionālai vai valstiskai meža monitoringa sistēmai. Sentinel-1 datus iespējams lejupielādēt no Eiropas Kosmosa aģentūras datu servera, taču korektai materiālu interpretācijai nepieciešams veikt attēlu pirmapstrādi (1. attēls). Apstrāde veicama programmā SNAP, kas ir Eiropas Kosmosa aģentūras izstrādāta brīvpieejas programma, un tā paredzēta visu Sentinel sensoru datu apstrādei. Pieejami vairāki Sentinel-1 datu produkti, kas atšķiras pēc to uzņemšanas principiem, ietvertās informācijas, pirmapstrādes pakāpes un izmēra.

20180618090324-20963.jpg

  1. attēls. Sentinel-1 radarogrammas fragments un tās apstrādes posmi programmā SNAP

Satelītainas apjoms var mainīties no 900 MB līdz 7 GB. Piemērā par koku ciršanas gadījumu konstatēšanu, izmantoti GRD datu produkti, kas satur informāciju par atstarojuma intensitātes vērtībām. Šāda radara aina, kas ietver 1/3 no Latvijas teritorijas aizņem aptuveni 1 GB. Radara attēla apstrādei nepieciešama aptuveni viena stunda, taču apstrādes laiks atkarīgs no izmantotās datortehnikas jaudas.

Radara signāla atstarojums un satelītainas pikseļu vērtības atkarīgas no vairākiem faktoriem, piemēram, izmantotā sensora viļņu garuma, polarizācijas veida, apstarotās virsmas raupjuma, apstaroto objektu dielektriskajām īpašībām. Sentinel-1 datu interpretēšanai jāņem vērā laikapstākļu ietekme. Laikapstākļi maina pētāmo objektu mitruma īpašības, kas savukārt atspoguļojas radara uzņēmumā. Visefektīvāk koku ciršanas gadījumus iespējams konstatēt, ja radarogrammas uzņemtas līdzīgos laikapstākļos, kas ļauj novērtēt mežsaimnieciskās darbības radīto ietekmi.


 20180618092551-79535.jpg

2. attēls. (A) Nogabalu vidējo Sentinel-1 atstarojuma vērtību relatīvā starpība laikā. (B) Nogabalu vidējo Sentinel-1 atstarojuma vērtību salīdzinājums kontroles perioda sākumā un beigās


Koku ciršana maina radara signāla atstarojuma intensitātes vērtības, kas parasti tiek mērītas decibelos (db). Pēc cirsmas izstrādes pazeminās meža nogabalu vidējās atstarojuma vērtības un palielinās datu izkliedes intervāls. Aplūkojot 18 kailcirtes nogabalus, kuros meža izstrāde veikta kontroles periodā (no 2017. gada 30. decembra līdz 2018. gada 29. martam), konstatēts, ka meža nogabalu vērtības pēc cirsmas izstrādes kritušās par vidēji 2,63 db, taču 18 references nogabalos, kur mežs kontroles perioda laikā palicis neskarts, atstarojuma vērtības samazinājušās tikai par vidēji 1,19 db (2. attēls). Šāda mežsaimnieciskās darbības kontroles metodika nav pilnvērtīga un tā nespēj dot nekļūdīgu situācijas raksturojumu, taču 77,8 % gadījumos cirsmu nogabalu vidējās vērtības kontroles perioda beigās kritās par vismaz 2 db, tādejādi dodot apstiprinājumu koku ciršanas faktam. Precizitātes novērtējumā iekļaujot visas 36 izpētes mežaudzes, precizitāte pieaug līdz 83,3 %, kas liek domāt, ka pie noteiktiem apstākļiem dati meža monitoringa vajadzībām lietojami jau tagad.

Sentinel-1 datiem ir potenciāls meža monitoringa atbalstam, taču nepieciešams noskaidrot datu lietošanas efektivitāti citās sezonās, kā arī audzēs ar dažādiem nogabalu raksturojošajiem kvantitatīvajiem un kvalitatīvajiem parametriem. Kontroles precizitātes palielināšanai Sentinel-1 Ground Range Detected (GRD) datus nepieciešams analizēt kombinācijā ar Single Look Complex (SLC) tipa satelītainām, kas satur radara signāla fāzes mērījumus.

 

Ja pētījums jūs ieinteresējis un vēlaties uzzināt vairāk, sazinieties ar SIA Envirotech, izmantojot e-pasta adresi info@envirotech.lv



 

Kontakti
Mūkusalas iela 42A, A ieeja
Rīga, LV-1004, Latvija
Tālr.: +371 67215220
Fakss: +371 67215158
Pilna kontaktinformācija

E- pasts:  
info@envirotech.lv
tehniskaisatbalsts@envirotech.lv

Rekvizīti:
SIA ENVIROTECH
Juridiskā adrese: Mūkusalas iela 42A, Rīga, LV-1004
Faktiskā adrese: Mūkusalas iela 42A, A ieeja, Rīga, LV -1004
Vienotais reģ.nr. 40003427848,
PVN maksātāja Nr.LV40003427848,
Uzņēmuma bankas rekvizīti:
A/S SEB banka,
kods UNLALV2X,
konts LV68UNLA0050005640953
A/S DNB banka,
kods RIKO LV 2X,
konts LV95RIKO0002930203689

 

Mājas lapa:
www.envirotech.lv
www.ikarte.lv
envirotech.maps.arcgis.com

Koordinātes:
LKS-92 x: 310162.75
LKS-92 y: 506264.35

WGS84 x: 56° 56` 6.245
WGS84 y: 24° 6` 10.589

WGS84 x: 56.935068
WGS84 y: 24.102941