Практика 11 Прогнозирование развития территории при помощи нейросетей. Плагин MOLUSCE#
Знакомство с плагином MOLUSCE#
MOLUSCE (Modules for Land Use Change Simulations) — это расширение для QGIS, предназначенное для анализа изменений землепользования на основе данных за два временных среза и построения прогноза будущих изменений.
Плагин позволяет использовать различные алгоритмы моделирования, включая методы на основе нейросетей.
Для установки плагина выполните следующие шаги:
- Перейдите в меню:
Модули → Управление модулями
- В строке поиска введите:
MOLUSCE
- Нажмите Установить.
После установки плагин будет доступен в меню Модули.
Подготовка исходных данных#
В качестве входных данных расширению MOLUSCE требуются:
- Карта исходного состояния (например, Начальная_дата)
- Карта конечного состояния (например, Начальная_дата + N)
- Карта для валидации (Начальная_дата + 2N) — используется для оценки качества прогноза
Каждая карта — это растровое изображение, в котором каждый пиксель содержит код состояния территории. Примеры:
1 = лес2 = поле3 = городская застройка- и т.д.
N — глубина прогноза (измеряется в днях, неделях, месяцах, годах в зависимости от задачи).
Требования к входным данным#
Все входные растр-карты должны иметь:
- одинаковое пространственное разрешение
- одинаковый географический охват
- одинаковый размер в пикселях
Скачивание данных MODIS Land Cover (Collection 6)#
MODIS Land Cover — это глобальный набор данных о земном покрове, предоставляемый продуктами:
- MCD12Q1 — ежегодные растровые карты покрытия земель с пространственным разрешением 500 метров
- MCD12C1 — агрегированные карты на крупной сетке
Они относятся к Collection 6 и охватывают весь земной шар, предоставляя информацию о типах землепользования по различным международным классификациям (например, IGBP, UMD, LAI и др.).
Данные MCD12Q1 могут быть использованы в качестве:
- карты исходного состояния территории (например, за 2022 год)
- карты конечного состояния территории (например, за 2023 год)
Каждая карта представляет собой растр, в котором каждому пикселю присвоен числовой код, соответствующий типу землепользования (лес, сельхозугодья, водные тела, застройка и т.д.).
Таким образом, эти данные идеально подходят для анализа изменений покрытия территории во времени и построения прогноза в плагине MOLUSCE.
Дополнительно можно загрузить данные за третий временной период (год = начальная дата + 2N) для валидации модели, полученной с помощью MOLUSCE.
Где искать и как скачивать#
Для поиска и загрузки данных используйте платформу:
https://search.earthdata.nasa.gov
Earthdata Search — открытый онлайн-инструмент для поиска и скачивания данных дистанционного зондирования. Он предоставляет доступ к более чем 400 миллионам записей из разных спутниковых миссий.
- Зарегистрируйтесь на Earthdata
- В вкладке
InstrumentsНайдитеMODIS - Выберите интересующие годы, регион и формат данных
- Скачайте растр из коллекции
MODIS/Terra+Aqua Land Cover Type Yearly L3 Global 500m SIN Grid V061при необходимости преобразуйте его в нужную проекцию или обрежьте по нужной области
Проблемы открытия hdf файлов#
Продукт MODIS/Terra+Aqua Land Cover Type Yearly L3 Global 500m SIN Grid V061 распространяется в формате HDF.
HDF (Hierarchical Data Format) — это универсальный формат для хранения и организации больших массивов научных данных. Он поддерживает сложную структуру данных, включая множество внутренних слоёв (subdatasets), что делает его мощным, но не всегда удобным в повседневной работе.
- Формат HDF не является основным для большинства пользователей ГИС.
- QGIS поддерживает работу с HDF, но может потребоваться:
- обновление библиотек (например, GDAL),
- ручной выбор нужного слоя при открытии файла,
- или предварительная конвертация в более привычный формат (GeoTIFF и др.).
Для просмотра внутренних слоёв HDF-файла можно использовать инструмент командной строки OSGeoShell. Введите команду:
gdalinfo MCD12Q1.A2015001.h20v03.061.2022166031305.hdf
В результате будет выведен список всех вложенных слоёв (subdatasets), содержащихся в файле. Обычно нас интересует слой, соответствующий одной из классификаций землепользования, например:
SUBDATASET_1_NAME=HDF4_EOS:EOS_GRID:"MCD12Q1...":MOD12Q1:LC_Type1
Рекомендуется извлекать именно этот слой (например, LC_Type1), так как он соответствует классификации IGBP.
После определения нужного слоя его можно импортировать в QGIS как обычный растр или использовать gdal_translate для преобразования в GeoTIFF:
gdal_translate "HDF4_EOS:EOS_GRID:MCD12Q1...:MOD12Q1:LC_Type1" output.tif
Такой файл уже будет легко обрабатываться в QGIS и совместим с плагином MOLUSCE.
Настройка отображения#
Откройте MCD12_User_Guide_V6.pdf или перейдите по ссылке
Для работы с данными Collection 6 MODIS Land Cover (MCD12Q1 и MCD12C1) используйте следующие классы, соответствующие классификации FAO-Land Cover Classification System (LCCS2):
| Код | Класс | Описание |
|---|---|---|
| 1 | Пустынные земли | ≥60% площади не покрыто растительностью (песок, скалы, почва) или вечными снегами/льдом (<10% растительности). |
| 2 | Постоянные снега и льды | ≥60% площади покрыто снегом и льдом ≥10 месяцев в году. |
| 3 | Водные объекты | ≥60% площади занято постоянными водными объектами. |
| 9 | Городские и застроенные земли | ≥30% площади — искусственные поверхности (здания, асфальт, транспорт). |
| 10 | Густые леса | Покрытие деревьями >60% (высота крон >2м). |
| 20 | Редкие леса | Покрытие деревьями 10-60% (высота крон >2м). |
| 25 | Мозаика лесов и пахотных земель | Мозаика мелкомасштабных посевов (40-60%) с естественным древесным покровом (>10%). |
| 30 | Естественные травянистые земли | Преобладают травянистые растения (<2м). Покрытие ≥10%. |
| 35 | Мозаика травянистых и пахотных земель | Мозаика посевов (40-60%) с естественной кустарниковой/травянистой растительностью. |
| 36 | Травянистые пахотные земли | Преобладают культивируемые травянистые растения (<2м). Покрытие ≥60%. |
| 40 | Кустарниковые земли | Покрытие кустарниками >60% (высота 1-2м). |
| 255 | Неклассифицировано | Не классифицировано (отсутствие входных данных). |
Для настройки легенды Слои -> ПКМ -> Свойства -> Стиль -> Одноканальное псевдоцвектное - > Подписи и значения из таблицы pdf
