ASSESSMENT OF AGRICULTURAL CROPS LOSS BY HAIL WITH USE OF REMOTE SENSING IMAGES
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
S. L. KRAVCOV, L. V. ORESHKINA
С. Л. КРАВЦОВ, Л. В. ОРЕШКИНА
Объединенный институт проблем информатики НАН Беларуси, Минск, Сурганова, 6
e-mail: Krautsou_sl@rambler.ru
ASSESSMENT OF AGRICULTURAL CROPS LOSS BY HAIL WITH USE OF REMOTE
SENSING IMAGES
Summary
The hail is considered as the dangerous hydrometeorological phenomenon in territory of the Republic of Belarus. The
opportunity is analyzed and the technique of agricultural crops loss (hail damage) assessment with use of remote sensing
images (RSI) is developed. Error possible sources of agricultural crops loss (hail damage) assessment with use of RSI are
considered. Assessment results of agricultural crops loss by hailstorm on July, 12th, 2007 in Goretsk District of the
Mogilyov Region with use of Landsat TM/ETM+ images are analysed.
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ПОВРЕЖДЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
ГРАДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Резюме
Град рассмотрен как опасное гидрометеорологическое явление на территории Республики Беларусь.
Проанализирована возможность и разработана методика оценки степени повреждения сельскохозяйственных
культур градом с использованием изображений дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Рассмотрены
возможные источники погрешности оценки степени повреждения сельскохозяйственных культур градом с
использованием изображений ДЗЗ. Проанализированы результаты оценки степени повреждения
сельскохозяйственных культур градом 12 июля 2007 г. в Горецком районе Могилевской области с использованием
изображений сенсоров Landsat TM/ETM+.
1. Введение повреждения, средних условий роста в течение
оставшейся части вегетационного сезона, погодных
Град (твердые атмосферные осадки в виде ледяных условий, свойств почвы, вида листьев [5]. Страховой
частиц, чаще всего диаметром 10-30 мм) является агент должен также учесть факторы, которые могут
уникальным природным явлением, происходящим вызывать или увеличивать степень повреждения: ветер,
нерегулярно, имеющим неоднородное пространственное мороз, осадки в виде дождя до и после выпадения
распределение и варьирующим по интенсивности от града, снабжение водой и питательными элементами,
едва заметной до катастрофической [8]. Указанная вредители и болезни [9]. Погрешность учета указанных
врожденная природная пространственная изменчивость, факторов может привести к неточной оценке потерь
рельеф местности, структура ветра, а также различие урожая. Указанные параметры определяются на
видов сельскохозяйственных культур приводят к основании множества справочных участков (площадью
отчетливой пространственной неоднородности степени 0,001 акра), которые выбираются и исследуются
их повреждения. страховым агентом. Выбор количества и
Повреждение сельскохозяйственных культур градом местоположения справочных участков является
вызывает значительные потери урожая, вследствие чего субъективным, а в определенной степени искусством
многие фермеры защищают себя от ущерба путем (особенно когда фермер/заказчик сопровождает
страхования (в Республике Беларусь с 2008 г. введено страхового агента в поле [8]) и зависит от размера
обязательное страхование урожая сельскохозяйствен- пострадавшего от града региона и изменчивости
ных культур от ущерба вследствие бурь, вихрей, степени повреждения.
ураганов, наводнений, града, ливней, продолжительных Страховая компания Freemans Australian изложила
дождей и других опасных явлений природы). Если следующие основные ограничения/недостатки
выпал град и был подан иск о выплате страховки, используемого ей в настоящее время метода оценки
страховой агент должен оценить потери урожая. степени повреждения сельскохозяйственных культур
Следует отметить, что единицей площади при градом [7, 9]: метод оценки не точен и находится в
страховании сельскохозяйственных культур является постоянном развитии; существуют вариации между
акр (приблизительно 0,4 га). Поэтому степень оценками различными страховыми агентами; часто
повреждения должна быть оценена для каждого акра. трудно охватить весь пострадавший от града регион
Процедура оценки потерь урожая требует от вследствие его размера или ограничений доступа;
страхового агента анализа многочисленных условий может быть трудным получить доступ к собственности
роста сельскохозяйственных культур до и после вследствие неконтролируемых факторов (например,
выпадения града: потенциального значения урожая до наводнения); трудно гарантировать готовность всех
града, степени и пространственного распределения заинтересованных сторон; большие расстояния до мест
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 149 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)
повреждения или множество мест повреждения области – 14, Гомельской – 16, Гродненской – 16,
требуют больших временных и финансовых затрат (в Минской – 14, Могилевской – 12. В среднем град на
среднем 33 % от стоимости исполнения иска относятся одной и той метеостанции отмечался немногим более 2
к дорожным затратам [5]). раз в течении 3 лет. Вместе с тем наблюдались и
В этой связи страховые компании заинтересованы в аномалии, так на 9 станциях выпадение града было
совершенствовании методов оценки повреждения зафиксировано 2 раза в течение месяца (ноябрь 2006 г. –
сельскохозяйственных культур градом для Езерище, Шарковщина; апрель 2007 г. – Лынтупы,
оптимизации страховых выплат по искам. Один из Шарковщина; февраль 2008 г. – Слуцк, Бобруйск; март
путей совершенствования заключается в интеграции 2008 г. – Волковыск, Ганцевичи, Сенно, Мозырь); на 3
изображений ДЗЗ в среду оценки потерь. При этом станциях выпадение града было зафиксировано 4 раза в
ожидается получить следующие выгоды [7, 9]: научно течение месяца (февраль 2008 г. – Новогрудок; март 2008
более точную и объективную оценку степени г. – Бобруйск, Езерище); на 1 станции выпадение града
повреждения; минимизировать изменчивость между было зафиксировано 5 раз в течение месяца (март 2008 г.
оценками различными страховыми агентами; – Докшицы). Несмотря на явное различие количества
стандартизировать процедуру полевого обследования; зарегистрированных случаев выпадения града по годам (14
снизить дорожные издержки и время оценки; случаев в 2006 г., 31 – в 2007 г. и 58 – в 2008 г.; рис. 1, а)
уменьшить финансовые затраты когда одно изображение установить какую-либо достоверную связь не
охватывает множество исков; возможность представляется возможным вследствие незначительного
распространения на другие сельскохозяйственные количества анализируемых лет (всего 3).
культуры и объекты страхования, а также Наибольшее количество случаев выпадения града
использования данных для моделирования: прогноза зафиксировано в марте – 33 случая (рис. 1, б). С марта по
риска (интенсивности и местоположения) повреждения июнь (период вегетации растительности) зафиксировано 56
сельскохозяйственных культур градом; возможность случаев выпадения града. Обычно град выпадал днем
охватить весь пострадавший от града регион (так что между 6-15 ч по UTC – 85 случаев (рис. 1, в). Большей
можно рационализировать использование ресурсов и частью град выпадал при юго-западном, западном и северо-
усилий страховых агентов). западном направлениях ветра – 91 случай (рис. 1, г). В 91%
случаев выпадение града фиксировалось при температуре
2. Град как опасное гидрометеорологическое явление на приземного воздуха от -4,9 до 7,5°С – среднее значение
территории Республики Беларусь около 2°С (рис. 1, д). Выпадение града обычно
фиксировалось при атмосферном давлении от 996 до 1015
На основе анализа экстремумов за 45-летний период гПа (среднее значение 1007 гПа) – 75 случаев (рис. 1, е). На
наблюдений безразмерный интегральный показатель рис. 2 представлен результат анализа риска выпадения
метеорологической уязвимости территории Республики града на территории Республики Беларусь по данным за
Беларусь составил 581 [1]. Это означает, что 2006-2008 гг.
метеорологическая уязвимость, характеризующая риск Во всех случаях град наносит ущерб сельскому
воздействия неблагоприятных условий погоды и хозяйству, но при большой интенсивности или крупных
стихийных гидрометеорологических явлений на экономику размерах градин становится особо опасным явлением.
страны, является «относительно высокой». Крупный град (диаметр градин 20 мм и более) в
Ежегодно в Республике Беларусь регистрируется от определенном месте редкое явление – в среднем один раз в
9 до 30 опасных гидрометеорологических явлений, 40-50 лет. Однако в целом на территории Республики
суммарный ущерб от которых составляет в среднем 93 Беларусь ежегодно отмечается до 4-5 таких случаев: в 2006
млн. $ (в ценах 2005 г.) [1]. Основные потери в г. наблюдался 1 случай выпадения крупного града, в
сельском хозяйстве (42% ущерба приходится на эту 2007 г. – 2 случая [2, 3].
отрасль хозяйства) связаны с воздействием таких
опасных явлений погоды, как засухи, заморозки, 3. Возможность оценки степени повреждения сель-
сильные ливни и град. Они могут вызвать снижение скохозяйственных культур градом с использо-
урожайности сельскохозяйственных культур до 50- ванием изображений ДЗЗ
60%, а в отдельные годы и больше [4].
Для оценки ситуации с градом были Предоставляемые страховыми агентами сведения о
проанализированы данные о 103 зарегистрированных повреждении сельскохозяйственных культур градом и
случаях на 49 метеостанциях относительно равномерно результаты анализа изображений ДЗЗ несопоставимы.
распределенных по территории Республики Беларусь (8 Действительно, на изображениях ДЗЗ отдельные
метеостанций в Брестской области, 10 – в Витебской, 9 растения неразличимы, даже при пространственном
– в Гомельской, 5 – в Гродненской, 10 – в Минской, 7 – разрешении 0,25 м [8]. Тогда как предоставляемые
в Могилевской) в период с 2006 по 2008 гг. (табл. 1, страховыми агентами сведения содержат результаты
рис. 1). На метеостанциях в Витебской области был оценки отдельных растений: количество выживших по
зафиксирован 31 случай выпадения града, Брестской сравнению с количеством посаженных растений, уровень
Таблица 1. Обобщенные данные о выпадении града с метеорологических станций с 2006 по 2008 гг.
Количество раз
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Количество станций 15 8 10 5 3 4 1 2 1
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 150 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)
а) б) в)
г) д) е)
Рис. 1. Статистические данные о выпадении града в Республике Беларусь за 2006-2008 гг.: а), б) – выпадение града
по годам и месяцам соответственно; в), г), д), е) – зависимость количества случаев выпадения града от времени
UTC, направления ветра, атмосферного давления и температуры воздуха соответственно
а) б)
Рис. 2. Оценка риска выпадения града по данным за 2006-2008 гг.: а) – учтены все случаи выпадения града;
б) – учтены случаи выпадения града в период с март по октябрь (+ – метеостанции; белый, желтый, оранжевый,
коричневый – соответственно до 2, от 2 до 3, от 3 до 4, от 4 и выше случаев выпадения града в течение трех лет)
а) б) в)
Рис. 3. Дефолиация и ее влияние на спектр сельскохозяйственных культур: а) – поврежденное градом 1 февраля
2004 г. сорго в окрестности г. Долби (Австралия); б) – спектры полога кукурузы (стадия 8-12 листьев); в) – спектры
полога сорго (стадия 9 листьев)
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 151 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)
дефолиации, повреждение стеблей (главных стеблей
растений), трудности при уборке урожая и
непосредственно потери стручков, початков или колосьев
(если выпадение града произошло незадолго до сбора
урожая). В этой связи ключевым параметром,
используемым при оценке степени повреждения
сельскохозяйственных культур градом, является уровень
дефолиации. Дефолиация – это потеря растением листвы
(рис. 3, а [6]), которая может привести к снижению
урожая (вследствие уменьшения эффективности
Рис. 4. Поведение спектра сорго до, во время и после
фотосинтеза) и связана со способностью растения
повреждения градом
восстанавливаться после вызванного градом стресса [9].
Дефолиация напрямую связана с уменьшением
Для экономически эффективного использования
площади листовой поверхности, разрушением структуры
изображений ДЗЗ поврежденные области должны быть
листьев (путем разрывов и расщеплений на полосы) и
широко распределенными по пострадавшему от града
клеток растений, нарушением поглощения света
региону и мало доступными. Если же повреждена
хлорофиллом [5, 9]. Связанные с дефолиацией
недостаточно большая область (например, около 100 м2)
физиологические изменения сельскохозяйственных
относительно охвата изображением ДЗЗ, то его
культур могут изменить их отражательную способность.
использование будет экономически нецелесообразным [6].
Пригодность технологии ДЗЗ для количественной
Кроме того, изображения ДЗЗ будут более
оценки степени повреждения сельскохозяйственных
востребованными, если пострадавший от града регион
культур обеспечивается существованием зависимости
расположен относительно далеко от офиса страховой
между уровнем дефолиации и значением коэффициента
компании (например, 8-10 ч езды).
отражения. Действительно, спектры здоровой
Считается, что для оценки повреждения
растительности (высокая зеленая биомасса)
сельскохозяйственных культур градом требуется
характеризуются низким значением коэффициента
пространственное разрешение пикселя 5 м [8].
отражения в видимой области спектра и высоким – в
Изображение ДЗЗ с пространственным разрешением 30 м
ближней ИК области спектра. Увеличение уровня
считается адекватным для предварительной оценки
дефолиации (снижение зеленой биомассы) приводит к
пострадавшего от града региона.
более высоким значениям коэффициента отражения в
видимой области спектра, тогда как в ближней ИК
4. Методика оценки степени повреждения
области спектра наблюдается более низкое значение
сельскохозяйственных культур градом с
коэффициента отражения [6, 7, 9]. Обратная зависимость
использованием изображений ДЗЗ
справедлива в отношении красной области спектра и во
многих случаях она является более полезной для оценки
Исходные данные. Для пострадавшего от града
уровня дефолиации. Т. е. чем выше уровень дефолиации,
региона должно быть получено изображение ДЗЗ,
тем больше спектр сельскохозяйственной культуры
содержащее каналы в красной и ближней ИК областях
смещается в направлении спектра голой почвы (рис. 3, б,
спектра. В пострадавшем от града регионе необходимо
в, [6]). Однако следует подчеркнуть, что это лишь общая
выбрать репрезентативные наземные справочные участки,
тенденция, принимая во внимание дополнительные
отражающие различную степень повреждения
факторы, влияющие на состояние сельскохозяйственных
сельскохозяйственных культур [9]. Должна быть
культур (и соответственно их отражательную
проведена пространственная привязка центров
способность), включая обеспеченность водой и
справочных участков (например, с использованием GPS-
питательными элементами, поражение насекомыми и
приемника) для обеспечения возможности совместного
другими вредителями, вспышки болезней и погодные
анализа изображений ДЗЗ с данными наземного
условия.
обследования (наземными данными) [5]. При этом должно
Были проанализированы различные преобразования,
быть достигнуто соответствие между: точностью
отношения и индексы, включая простые отношения
привязки центров справочных участков,
(TM4/5, TM5/4, TM3/4, TM4/3, TM5/3, TM3/5, XI2/3 и
пространственным разрешением изображения ДЗЗ и
XI3/2), NDVI, MSAVI2 и преобразование «колпак с
точностью его геокодирования.
кисточкой» относительно возможности оценки уровня
Справочные участки могут быть выбраны на
дефолиации сельскохозяйственных культур на различных
поврежденных либо неповрежденных градом полях
стадиях роста [5, 9]. NDVI показал наибольшую точность
(которые эквивалентны поврежденным до выпадения на
оценки со средней разностью с оценкой страховым
них града). При выборе справочных участков должны
агентом от 5% до 10% [7, 9]. Т. е. каналы в красной и
быть учтены следующие критерии [7, 9]: одинаковый вид
ближней ИК областях спектра являются наиболее
почвы, минимальная изменчивость микрорельефа,
подходящими для различения уровня дефолиации.
одинаковый вид сельскохозяйственной культуры (степень
Оценка уровня дефолиации с использованием
повреждения градом разных видов сельскохозяйственных
изображений ДЗЗ является наиболее точной, если оно
культур различна), одинаковая стадия роста
получено спустя 7-14 дней после выпадения града
сельскохозяйственной культуры, одинаковая технология
(времени, достаточного для проявления стрессового
растениеводства, одинаковое предшествующее
состояния растений) в интервале 14-28 дней (рис. 4, [7]).
использование поля.
Спустя указанный интервал времени растения начинают
На справочных участках одновременно с получением
физиологически восстанавливаться [9].
изображений ДЗЗ страховым агентом должна быть
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 152 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)
оценена степень повреждения сельскохозяйственных Стадия роста сельскохозяйственных культур.
культур. При этом возможно объединение степеней Изображения ДЗЗ полезны для анализа пострадавшего от
повреждения в ограниченное количество градаций [5]. града региона, содержащего сельскохозяйственные
Соотношение между значениями NDVI и степенью культуры на ранней стадии роста, особенно если влияние
повреждения сельскохозяйственных культур. На фона почвы минимально. Как только
изображении ДЗЗ выделяются области, соответствующие сельскохозяйственные культуры начинают
наземным справочным участкам. Затем для каждого высыхать/созревать, изображения ДЗЗ, возможно, не
справочного участка вычисляются средние значения позволят оценить степень повреждения, поскольку
NDVI [6]. Они используются для определения значений вариация спектров будет минимальной [9].
коэффициентов регрессии соотношения между степенью Степень повреждения сельскохозяйственных культур.
повреждения сельскохозяйственных культур и Изображения ДЗЗ наиболее пригодны, если степень
значениями NDVI пикселей изображения ДЗЗ: повреждения сельскохозяйственных культур градом
высока. Если степень повреждения незначительна
DEF( x , y ),i = a 0,i + a1,i ⋅ NDVI ( x , y ) + a 2,i ⋅ NDVI ( x , y ) , (уровень дефолиация близок к 0 %), то она может не быть
2
(1)
выявлена, особенно при использовании изображений ДЗЗ
ширококанальных сенсоров [6].
где DEF( x, y ),i – степень повреждения i -ой Фон почвы. Погрешность оценки степени повреждения
сельскохозяйственной культуры для пикселя (x, y) сельскохозяйственных культур особенно значительна,
изображения (в процентах); (x, y) – координаты пикселя когда доля открытой почвы (вследствие зрелости/размера
растений на ранних стадиях роста и практики
изображения; i – сельскохозяйственная культура; растениеводства) близка либо менее рекомендованного
a0,i , a1,i , a 2 ,i – коэффициенты регрессии для i -ой минимального значения (для NDVI оно составляет 30 %).
сельскохозяйственной культуры; – значение Кроме того, возможны ошибки оценки вследствие
NDVI( x,y )
аномального поведения значения коэффициента
нормализованного разностного вегетационного индекса отражения в красной и ближней ИК областях спектра при
для пикселя (x, y ) изображения. красном цвете почвы [9].
Оценка степени повреждения сельскохозяйственных Своевременность получения изображений ДЗЗ
культур градом должна быть произведена только для является потенциальным ограничением, если над
пострадавшего от града региона. При этом вспаханные пострадавшим от града регионом во время прохождения
поля, леса, населенные пункты, водные объекты и др. спутника преобладает облачное покрытие [6].
целесообразно исключить из рассмотрения. Для каждого Использование авиационных изображений может
пикселя пострадавшего от града региона степень устранить данную проблему, но их стоимость
повреждения каждой сельскохозяйственной культуры препятствует охвату больших территорий.
вычисляется с использованием выражения (1). Далее Смешанные пиксели. Погрешность оценки степени
получающиеся значения группируются в одну из ранее повреждения будет вызывать наличие смешанных
установленных градаций. пикселей (пиксели, содержащие более чем один вид
поверхности Земли), что характерно для отображающих
5. Возможные источники погрешности оценки степени регионы ведения сельского хозяйства изображений [9].
повреждения сельскохозяйственных культур градом с Например, рядом могут располагаться поля с различными
использованием изображений ДЗЗ видами сельскохозяйственных культур, пастбища, земля
под паром и др.
Несмотря на то, что использование изображений ДЗЗ Внешние факторы включают: быстро
позволяет достичь хорошей точности оценки степени перемещающиеся облака (приводящие к вариации
повреждения сельскохозяйственных культур градом, освещения), переменный ветер (приводящий к изменению
существует ряд факторов, которые могут сделать оценку рассеяния и отражения света, вследствие изменения
менее точной [5, 9]. положения и тени листьев), неоднородность атмосферы,
Субъективность страхового агента. Необычайно свойства почвы, микрорельеф, вредители и болезни,
большое количество потерь от града регистрируется со предшествующие культуры и др. [9].
значениями 5, 10 и «полная» потеря (90% повреждения и
более), что наводит на мысль, что в некоторых случаях 6. Пример оценки степени повреждения
потери не оцениваются по методике, а о них сельскохозяйственных культур градом 12 июля 2007 г.
договариваются [8]. Но со временем, держатели в Горецком районе Могилевской области с
страхового полиса платят за чрезмерно щедрые выплаты использованием изображений сенсоров
по искам более высокими страховыми взносами. Landsat TM/ETM+
Изменчивость в пределах поля (потенциального
значения урожая, состояния растений, влажности/ Рассматриваемый случай выпадения града. Днем 12
питательных элементов почвы, повреждения насекомыми июля 2007 г. на востоке Республики Беларусь
и болезнями, предшествующего использования почвы и наблюдались грозы, сильные дожди (количество осадков
т. д.) до и после выпадения града вносит наибольший 15-43 мм), на востоке Витебской и Могилевской областей
вклад в точность оценки с использованием изображений – шквалистое усиление ветра до 15-24 м/с. Крупный град
ДЗЗ [5]. Данные факторы играют важную роль в со средним диаметром градин около 43 мм зафиксирован
отношении состояния растений и способности в период от 16 ч. 50 мин. до 17 ч. 20 мин. метеостанцией
восстановления. Горки. Град прошел также в северо-западной части
Горецкого района и г. Горки.
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 153 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)Градом были уничтожены посевы зерновых культур ственное разрешение 30×30 м) вследствие их доступности
на площади 560, рапса – 130, картофеля – 35 и капусты – от компании U.S. Geological Survey (рис. 6, а, б).
20 га. Частично повреждены посевы зерновых культур на Изображения имели уровень обработки L1G, т. е. были
площади 3580 га [3]. Основной ущерб стихия нанесла геопривязаны по орбитальным параметрам, радиометри-
Ректянскому и Савскому сельским Советам (деревни чески нормализованы и приведены в стандартную карто-
Филиппово, Нежково, Шишево, Глиньково, Орлы, Ректа). графическую проекцию UTM (эллипсоид WGS 84), зона
На частных подворьях уничтожены все посевы. 36 N.
Повреждены кровли многих общественных и частных Обработка данных. Основываясь на исследовании
строений. Выбито около 1500 м2 стекла, повреждены не изображений сенсоров Landsat TM/ETM+ были выбраны
менее 80 легковых автомобилей. На метеостанции Горки три градации степени повреждения сельскохозяйственных
повреждены датчики скорости ветра и осадков, разбиты культур: умеренное повреждение, среднее повреждение,
коленчатые термометры, повреждены кровли навеса для гибель. Оценка степени повреждения
сушки проб, частично повреждены будка самописцев и сельскохозяйственных культур градом была проведена
психрометрическая будка. только для пострадавшего от града региона. С этой целью
Использованные изображения ДЗЗ. Были выбраны вспаханные поля, леса, населенные пункты, водные
изображения сенсоров Landsat TM/ETM+ (простран- объекты и др. были исключены из рассмотрения.
а) б)
в) г)
Рис. 6. Оценка степени повреждения сельскохозяйственных культур вследствие выпадения крупного града 12 июля
2007 г. в Горецком районе Могилевской области: а) – изображение сенсора Landsat 5 TM (получено 10 июня 2007
г.; каналы, охватывающие красную, зеленую и синюю области спектра, помещены соответственно в R-, G- и B-
каналы дисплея); б) – изображение сенсора Landsat 7 ETM+ (получено 20 июля 2007 г.); в) – карта местности
масштаба 1:200 000; г) – степень повреждения сельскохозяйственных культур (серый – умеренно поврежденные,
пурпурный – средне поврежденные, красный – гибель)
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 154 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)Таблица 2. Наземная информация, предоставленная Государственным учреждением «Республиканский
Гидрометеорологический центр»
Степень повреждения Степень охвата Площадь поля с
№ Механический Характер
Культура органов отдельных растений поврежденными
участка состав почвы повреждения
растений, % повреждением, % посевами, %
озимая сломаны стебли 25 30 100
65 суглинок
тритикале выбито зерно 20 25 100
побиты, сбиты
30 суглинок картофель 30 15 100
листья
яровая побиты, сломаны
38 суглинок 20 30 100
пшеница стебли
побиты, сломаны
70 25 60
55 супесь ячмень стебли
выбито зерно 25 30 60
Таблица 3. Наземные данные, а также результаты анализа изображений сенсоров Landsat TM/ETM+
Данные Зерновые Рапс Картофель
Наземные Гибель 560 130 35
данные Повреждено 3580 – –
Гибель 471 55 81
Данные
Среднее повреждение 5914 214 402
ДЗЗ
Умеренное повреждение 7350 497 1340
Поскольку исследование проводилось после правдоподобия выделить в анализируемой области по
рассматриваемых событий выпадения града, наземное изображению сенсора Landsat TM (полученному 25 мая
подтверждение было недоступным, вследствие чего 2007 г.) среди прочих следующие классы: зерновые, рапс
вариации по справочным участкам могли снизить (отчетливо различался на изображении, поскольку оно
согласованность и надежность результатов. Наличие было получено в период его цветения), картофель.
для рассматриваемого случая выпадения града двух Результаты оценки степени повреждения
изображений (одного изображения до и одного сельскохозяйственных культур градом (табл. 3) позволили
изображения после) позволило свести оценку степени сделать следующие выводы. Во-первых, наблюдается
повреждения сельскохозяйственных культур к достаточно хорошее соответствие между наземными
следующему. Первоначально для каждого пикселя данными и данными, полученными в результате анализа
пострадавшего от града региона вычислялась разность изображений сенсоров Landsat TM/ETM+. Во-вторых,
значений нормализованного разностного расхождение указанных данных обусловлено упрощенной
вегетационного индекса: схемой обработки данных (единая для всей анализируемой
области, тогда как должна быть адаптирована для каждого
x , y ) = NDVI( x , y ),t1 − NDVI( x , y ),t 2
I (new , (2) вида сельскохозяйственных культур), несоответствием
пространственного разрешения изображений сенсоров
Landsat TM/ETM+ требуемому (30 и 5 м соответственно),
где NDVI ( x , y ),t1 , NDVI ( x , y ),t 2 – значения нормализованного
недостаточным количеством наземных данных, а также
разностного вегетационного индекса для пикселя (x, y) погрешностью выделения классов.
изображений дат t1 и t2 соответственно.
Далее получающиеся значения путем пороговой 7. Заключение
обработки были отнесены к одной из градаций степени
повреждения сельскохозяйственных культур. По результатам анализа данных с
Анализ результатов (рис. 6, г) показал, что метеорологических станций за 2006-2008 гг.
врожденная природная пространственная изменчивость установлена значительная пространственная
града, а также различие видов сельскохозяйственных неоднородность выпадения града на территории
культур вызвали отчетливое пространственное Республики Беларусь. Исследования в Горецком районе
различие степени их повреждения. Градовая дорожка Могилевской области показали наличие достаточно
простиралась с юга-востока на северо-запад и имела в хорошего соответствия между наземными данными и
ширину (по градации гибель) около 8,8 км, длину – данными, полученными в результате анализа
более 30 км. Указанные значения хорошо изображений сенсоров Landsat TM/ETM+ по оценке
соответствуют среднестатистическим (10 и 50-60 км степени повреждения сельскохозяйственных культур
соответственно). градом. Таким образом, изображения сенсоров Landsat
Наземная информация (по результатам обследования TM/ETM+ (пространственное разрешение 30 м)
участков 16 июля 2007 г.) была предоставлена адекватны для предварительной оценки поврежденного
Государственным учреждением «Республиканский от града региона.
Гидрометеорологический центр» (табл. 2). Это Авторы выражают благодарность А. А. Яновскому,
позволило путем классификации методом максимального оказавшему помощь при проведении исследований.
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 155 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)8. Список литературы Australian remote sensing and photogrammetry conference.
Fremantle, Western Australia, 18-22 October 2004. / Spatial
[1] Постановление Совета Министров Республики Беларусь sciences institute. pp.
от 11.04.2007 № 463 «Об утверждении республиканской [6] Opportunities and limitations of remote sensing for crop loss
программы развития государственной (hail damage) assessment in the insurance industry / A. Apan
гидрометеорологической службы на 2007-2010 гг.». [et al.] // Proceedings of SSC 2005 spatial intelligence,
Зарегистрировано в Национальном реестре правовых innovation and praxis: The national biennial conference of the
актов Республики Беларусь 13 апреля 2007 г. № 5/25037. Spatial sciences institute. Australia. Melbourne. 12-16
4 с. September 2005. / Spatial sciences institute, Melbourne,
[2] Состояние природной среды Беларуси: Экологический Australia – P. 19-28.
бюллетень. 2006 г. / Под ред. В.Ф. Логинова. – Мн.: [7] Quantifying hail damage for crop loss assessment: Techniques
Минсктиппроект, 2007. – 366 с. using remote sensing and geographic information systems /
[3] Состояние природной среды Беларуси: Экологический O. Chandler [et al.] // Proceedings of the 11th Australian
бюллетень. 2007 г. / Под ред. В.Ф. Логинова. – Мн.: remote sensing and photogrammetry conference. Brisbane, 2-6
Минсктиппроект, 2008. – 376 с. September 2002. / – P. 412-421.
[4] Второе национальное сообщение Республики Беларусь по [8] Use of remotely sensed data for assessing crop hail damage /
Рамочной конвенции ООН об изменении климата. A.J. Peters [et al.] // Photogrammetric engineering & remote
Министерство природных ресурсов и охраны sensing, – 2000. – Vol. 66, № 11. – P. 1349-1355.
окружающей среды Республики Беларусь. – Мн.: 2006 г. – [9] Young, F.R. Crop hail damage: insurance loss assessment
141 с. using remote sensing / F.R. Young, A. Apan, O. Chandler //
[5] Chandler, O. Assessment of hail damage to crops using Proceedings of the remote sensing and photogrammetry
satellite imagery and handheld hyperspectral data / society annual conference (RSPSoc2004), 7-10 September
O. Chandler, F.R. Young, A. Apan // Proceedings of the 12th 2004, Aberdeen, UK.
S.L. Kravcov, L.V. Oreshkina 156 „Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(3)Вы также можете почитать
