Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 11–15 ноября 2024 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XXII..553

До верхнего уровня с нуля: эволюция методов обработки спутниковых данных в контексте создания продуктов для российских приборов серии КМСС

Плотников Д.Е. (1)
(1) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Благодаря высокой периодичности, широкоохватности и наличию спектральных каналов видимого диапазона длин волн, высокодетальные спутниковые данные приборов серии КМСС, находящихся на борту аппаратов Метеор-М, применимы для мониторинга пожаров, снежно-ледовой и паводковой обстановки, вулканов, а также для мониторинга и оценки состояния растительного покрова. Однако до недавнего времени огромный потенциал этих данных не мог быть использован для решения классических тематических задач и оценки дистанционных характеристик земной поверхности таким же образом, как это реализовано на основе продуктов других спутниковых систем (Лупян и др. 2018, Плотников и др. 2018, Плотников и др. 2020, Середа и др. 2020, Шабанов и др. 2018, Waldner et al. 2019).
В докладе освещаются подробности проведённых коллективом сотрудников различных научных организаций многолетних исследований, нацеленных на создание методов и технологий подготовки к решению научных задач необработанных исходных данных приборов серии КМСС. Ввиду ряда особенностей этих данных и сопряженных с ними сложностей, которые необходимо было преодолеть, созданные методы оказались более устойчивыми, перспективными и универсальными, чем распространённые классические подходы.
Так, в процессе проведенных исследований и разработок были созданы методы построения опорных изображений, как по данным высокого (Landsat) (Колбудаев и др. 2018), так и низкого (MODIS и VIIRS) пространственного разрешения (Колбудаев и др. 2021, Плотников и др. 2022), обнаружены и исследованы свойства восстановленных с высоким временным разрешением ежедневных композитных изображений MODIS и Sentinel-2 (Plotnikov et al., 2022), разработаны методы выявления облачности и теней на основе сопоставления с эталоном (Kolbudaev et al. 2021) и на основе сверточных нейросетей (Колбудаев и др. 2022), а также разработана схема гранульной организации и хранения данных КМСС для удобного пространственно-временного анализа данных (Прошин и др. 2021). Интересной особенностью прибора КМСС-М является разноугловая схема мультиспектральных наблюдений, что было учтено при разработке метода оценки биофизических характеристик растительного покрова России, в частности, индекса листовой поверхности LAI по данным КМСС-2 и КМСС-М с разрешением 60 метров (Плотников и др., 2025) на основе нейросетевой инверсии RT-модели.
Таким образом, с помощью описанных решений оказалось возможным создание продуктов КМСС всех уровней обработки, начиная с базового L1 и заканчивая мультисенсорными продуктами уровня L4 (Плотников и др. 2020). В настоящее время разработанные методы и технологии логической организации и глубокой обработки спутниковых данных используются для решения широкого спектра задач, в том числе, на базе ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг».
Исследование выполнено в рамках темы «Мониторинг» (госрегистрация № 122042500031-8) с использованием ресурсов Центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019).

Ключевые слова: мультиспектральные данные приборов серии КМСС
Литература:
  1. Kolbudaev P.A., Plotnikov D.E., Loupian E.A., Proshin A.A., Matveev A.M. The methods and automatic technology aimed at imagery georeferencing, cloud screening, atmospheric and radiometric correction of KMSS-M satellite data // E3S Web of Conferences, 2021. 333. P. 01006. DOI: doi.org/10.1051/e3sconf/202133301006.
  2. Plotnikov D.E., Kolbudaev P.A., Matveev A.M., Proshin A.A., Polyanskiy I.V. Accuracy Assessment of Atmospheric Correction of KMSS-2 Meteor-M #2.2 Data over Northern Eurasia // Remote sensing. 2023. Vol. 15. Issue 18. P. 4395. DOI: doi.org/10.3390/rs15184395.
  3. Plotnikov D.E., Loupian E.A., Kolbudaev P.A., Proshin A.A., Matveev A.M. Daily surface reflectance reconstruction using LOWESS on the example of various satellite systems // IEEE Xplore. VIII International Conference on Information Technology and Nanotechnology. (ITNT). 2022. DOI: 10.1109/ITNT55410.2022.9848630.
  4. Колбудаев П.А., Плотников Д.Е., Матвеев А.М. Детектирование облачности и теней на монохроматических изображениях приборов серии КМСС с использованием свёрточной нейронной сети U-Net // Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Электронный сборник материалов конференции. Институт космических исследований Российской академии наук. Москва, 2022. С. 40. DOI: 10.21046/20DZZconf-2022a.
  5. Колбудаев П.А., Плотников Д.Е., Матвеев А.М. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021682066 Российская Федерация. SmisGeoCorrHiResByLowRes : № 2021668034 : заявл. 12.11.2021 : опубл. 29.12.2021; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук.
  6. Колбудаев П.А., Плотников Д.Е., Матвеев А.М., Барталев С.А. Развитие методов географической допривязки и выявления облачности на монохроматических изображениях КМСС на основе использования безоблачного эталона и анализа границ объектов земной поверхности // Материалы Семнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 11-15 ноября 2019. ИКИ РАН, 2019. С. 37. DOI: 10.21046/17DZZconf-2019a.
  7. Лупян Е.А., Барталев С.А., Крашенинникова Ю.С., Плотников Д.Е., Толпин В.А., Уваров И.А. Анализ развития озимых культур в южных регионах европейской части России весной 2018 года на основе данных дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 2. С. 275-281. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-2-272-276.
  8. 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.
  9. Плотников Д.Е., Ёлкина Е.С., Дунаева Е.А., Хвостиков С.А., Лупян Е.А., Барталев С.А. Развитие метода автоматического распознавания озимых культур на основе спутниковых данных для оценки их состояния на территории Республики Крым // Таврический вестник аграрной науки. 2020. № 1(21). С. 64-83. DOI: 10.33952/2542-0720-2020-1-21-64-83.
  10. Плотников Д.Е., Хвостиков С.А., Барталев С.А. Метод автоматического распознавания сельскохозяйственных культур на основе спутниковых данных и имитационной модели развития растений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 131-141. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-131-141.
  11. Плотников Д.Е., Колбудаев П.А., Жуков Б.С., Матвеев А.М., Барталев С.А., Егоров В.А., Кашницкий А.В., Прошин А.А. Публикация коллекции мультиспектральных измерений прибором КМСС-М (КА «Метеор-М» No2) для количественной оценки характеристик земной поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 276–282. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-276–282.
  12. Плотников Д.Е., Колбудаев П.А., Лупян Е.А. Автоматический метод субпиксельной географической привязки спутниковых изображений КМСС-М на основе актуализируемого эталона низкого пространственного разрешения // Компьютерная оптика. 2022. Т. 46, № 5. С. 818-827. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1098.
  13. Плотников Д.Е., Чжоу Ц., Колбудаев П.А., Лупян Е.А., Матвеев А.М., Зимин М.В., Жуков Б.С., Кондратьева Т.В., Лебедев С.В. Разработка и оценка индекса листовой поверхности LAI растительного покрова России на основе разноугловых наблюдений КМСС (Метеор-М) и нейросетевой инверсии модели PROSAIL // Компьютерная оптика. 2025. Т. 49, № 3 (в печати).
  14. Прошин А.А., Лупян Е.А., Матвеев А.М., Плотников Д.Е., Колбудаев П.А. Организация обработки данных КМСС на основе использования системы динамического блочного доступа к данным // Материалы 19-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Электронный сборник материалов конференции. Институт космических исследований Российской академии наук. Москва, 2021. С. 107. DOI: 10.21046/19DZZconf-2021a.
  15. Середа И.И., Денисов П.В., Трошко К.А., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Толпин В.А. Уникальные условия развития озимых культур, наблюдаемые по данным спутникового мониторинга на европейской территории России в октябре 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 304-310. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-5-304-310.
  16. Шабанов Н.В., Барталев С.А., Ерошенко Ф.В., Плотников Д.Е. Развитие возможностей дистанционной оценки индекса листовой поверхности по данным MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 166-178. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-166-178.
  17. Waldner F., Schucknecht A., Lesiv M., Gallego J., See L., Pérez-Hoyos A., d’Andrimont R., de Maet T., Laso Bayas J.C., Fritz S., Leo O., Kerdiles H., Díez M., Van Tricht K., Gilliams S., Shelestov A., Lavreniuk M., Simões M., Ferraz R., Bellón B., Bégué A., Hazeu, G., Stonacek V., Kolomaznik J., Misurec J., Veron S.R., De Abelleyra D., Plotnikov D.E., Mingyong L., Singha M., Patil P., Zhang Y., Defourny, Р. Conflation of expert and crowd reference data to validate global binary thematic maps // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 221. P. 235–246. DOI: 10.1016/j.rse.2018.10.039.

Презентация доклада

Видео доклада



Ссылка для цитирования: Плотников Д.Е. До верхнего уровня с нуля: эволюция методов обработки спутниковых данных в контексте создания продуктов для российских приборов серии КМСС // Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2024. C. 495. DOI 10.21046/22DZZconf-2024a

Лекции Двадцатой международной Школы-конференции по фундаментальным проблемам дистанционного зондирования Земли из космоса

495