Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год
Подходы к построению системы дистанционного мониторинга реки Амударьи и ее притоков
Мухамеджанов И.Д. (1), Константинова А.М. (1), Лупян Е.А. (1), Гафуров А.А. (2)
(1) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
(2) Немецкий Центр Геонаук (GFZ Potsdam), Потсдам, Германия
Большинство рек Средней Азии, в силу своих географических особенностей, являются трансграничными, а значит пользование водами рек странами региона, находящимися ниже по течению, во многом зависит от стран, расположенных выше по реке. Амударья – вторая по длине и самая полноводная река Средней Азии. Получая своё названия после слияния двух главных притоков, рек Вахша и Пянджа на территории Таджикистана, Амударья протекает вдоль узбекско-афганской границы, затем по территории Туркменистана, после чего снова попадает на территорию Республики Узбекистан, впадая на этой территории в большое Аральское море. В такой ситуации данные дистанционного зондирования являются источником регулярной, объективной и независимой информации о водных ресурсах.
В докладе представлена методика использования данных ДЗЗ в целях обеспечения непрерывного мониторинга Амударьи и её притоков. Для осуществления комплексных исследований была создана отдельная система, получившая пилотное название EcoSatMS. Сервис является частью семейства систем «Созвездие-Вега», развивается и поддерживается в ИКИ РАН. Информационная система EcoSatMS состоит из базы данных объектов, библиотеки доступа к ней, системы обработки и инструментария, позволяющего работать с объектами, управлять обработкой спутниковых данных и анализировать динамику изменений объектов в web-интерфейсе (Константинова и др., 2019). Такая структура позволяет перейти от измерений, полученных в результате экспертной оценке кластеризации водного зеркала объектов (Мухамеджанов и др., 2018), к автоматизированной схеме обработки участков рек, озер и водохранилищ с использованием спектральных индексов. Виртуальный гидропост представляет собой произвольный полигон, который пользователь сохраняет в базу данных и выбирает временные границы для поиска спутниковых сцен в архиве. Оперативный расчет площади водного зеркала производится посредством вычисления индекса MNDWI, который рассчитывается для каждой целевой сцены как отдельный продукт. Пикселы, где значение индекса больше 0, образуют водную поверхность и принимаются в схеме как целевые. При работе инструмента используются данные систем OLI, TIRS (Landsat-8), MSI (Sentinel-2A, -2B), TM (Landsat-4, -5) и ETM+ (Landsat-7). Полученный ряд наблюдений может быть размечен пользователем на качественные и некорректные с последующим экспортом отчета в формате XLS. Непрерывное пополнение архивов спутниковых данных обеспечивает доступ к актуальной на момент просмотра информации и статистикам, полученным по результатам обработки поступающих спутниковых сцен. На текущем этапе проекта, в зависимости от временных границ, расчет площади водного зеркала занимает от нескольких минут до одного дня. Стоит также отметить, что качество наблюдений зависит непосредственно от ширины русла реки и разрешения спутниковой сцены. Их доступных в системе наблюдения наиболее подходящими для анализа участков русла небольших рек являются оптические данные спутников Sentinel-2A, -2B.
В перспективе планируется усовершенствование схемы анализа данных виртуальных гидропостов, а также внедрение инструментов по анализу снежного покрова в горной местности региона. Второе, по сути является анализом водного потенциала в регионе, поскольку большинство рек Средней Азии имеют ледниково-снеговое питание. В развитии методик, реализуемых в функционале сервиса, также непосредственное участие ученые из Немецкого Центра исследований Земли (GFZ).
Функционирование системы EcoSatMS осуществляется на основе ресурсов Центра коллективного пользования "ИКИ-Мониторинг" (Лупян и др., 2015, 2019), развиваемого и поддерживаемого в рамках темы «Мониторинг» (госрегистрация № 01.20.0.2.00164).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ - проект № 19-37-90114.
Ключевые слова: спутниковый мониторинг, водные ресурсы, Амударья, виртуальные гидропосты, площадь водного зеркала, MNDWI, ширина руслаЛитература:
- Константинова А.М., Мухамеджанов И.Д. Система наблюдений природных и природно-антропогенных объектов с помощью данных дистанционного зондирования земли // Тезисы XVI Конференции молодых ученых, посвященной дню космонавтики, "Фундаментальные и прикладные космические исследования", 15-17 апреля, 2019. С. 77.
- Xenarios S. et al. Climate change and adaptation of mountain societies in Central Asia: uncertainties, knowledge gaps, and data constraints // Regional Environmental Change. – 2018. – С. 1-14.
- Рахимов С., Камолидинов А. От Арала до Рогуна: современная водохозяйственная обстановка в бассейне Амударьи // Центральная Азия и Кавказ. 2014. Т. 17. №. 1. C. 177-195.
- Мухамеджанов И.Д., Лупян Е.А., Уваров И.А. Особенности спутникового мониторинга гидросооружений Вахшского каскада на примере Нурекского водохранилища. // Вестник Тверского Государственного университета. Серия: география и геоэкология. 2018. № 3. С. 137-151.
- Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Балашов И.В., Барталев С.А., Ефремов В.Ю., Кашницкий А.В., Мазуров А.А., Матвеев А.М., Суднева О.А., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Центр коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 263–284.
- Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Кашницкий А.В., Балашов И.В., Барталев С.А., Константинова А.М., Кобец Д.А., Мазуров А.А., Марченков В.В., Матвеев А.М., Радченко М.В., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ-Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151-170. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170.
Презентация доклада
Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга
111