Опыт создания технологии тематической обработки спутниковой информации для детектирования полигонов ТБО

Одной из важнейших социальной, экономической и экологической задачей в настоящее время является решение проблемы распознавания и управления не только територий полигонов твердых бытовых отходов (ТБО), но и несанкционированных мусорных свалок с применением спутниковых данных. В рамках проекта «Создать геоинформационную систему космического мониторинга полигонов твердых бытовых отходов на базе усовершенствованных технологий тематической обработки спутниковой информации» республиканской бюджетной программы 076 АО «НЦКИТ» разработана предварительная технология обнаружения и мониторинга объектов ТБО по данным ДЗЗ.
Для тестирования данной технологии по оптико-электронным данным среднего и высокого разрешения было выбрано 19 тестовых участков, которые включают полигоны ТБО, сельскохозяйственные поля и участки открытой почвы. В связи с тем, что на официальных полигонах ТБО осуществляется регулярная изоляция уплотненного слоя отходов грунтом, четко определить их спектральные признаки представляется затруднительным. Поэтому были выбраны стихийные свалки "Ерменсай", "Первомайка", "Алгабас" расположенные в окрестностях города Алматы. В пустынной зоне тестовые участки относятся к свалкам ТБО городов Джезказган, Тараз, Туркестан и Атырау.
Для сравнения спектральных характеристик дополнительно выбраны контрольные участки, представляющие собой территории сельскохозяйственного назначения – пашни, а для свалок ТБО в пустынной зоне - участки с зональным типом пустынь. Для статистики выбран посезонный (весна, лето, осень) временной ряд снимков по 4 годам: 2010, 2011, 2014 и 2015 гг.
Распределение яркости на снимках Landsat, для тестовых участков, относящихся к степной зоне, демонстрирует максимальную яркость в NIR - ближнем инфракрасном канале (0,75-0,90 мкм), а для участков расположенных в пустынной зоне – в SWIR-1 канале (2,235-2,430 мкм). Минимальные значения, для степной и пустынной зоны, отмечены в синем канале (0,45-0,515 мкм). Таким образом, результаты исследований показали, что для разных природно-климатических зон не может использоваться одно универсальное выражение.
В первоначальные выражения отношения спектральных яркостей для выявления полигонов ТБО введены поправочные коэффициенты, полученные в результате вычисления устойчивой разности яркостей соответствующих каналов при их посезонном сравнении для объектов ТБО и контрольных участков. В связи с тем, что отражательная способность открытой почвы особенно выражена в красном диапазоне, в выражение введена соответствующая поправка на красный канал. В результате получены предварительные выражения отношений спектральных яркостей, позволяющие детектировать свалки ТБО.
После применения данных выражений на снимке среднего пространственного разрешения Landsat, отчетливо видна неоднородность спектральных характеристик полигонов ТБО, т.е. полигон ТБО обнаруживает смесь спектральных характеристик, свойственных отдельным окружающим объектам, в то время как окружающие контрольные участки обладают относительно стабильными спектральными характеристиками.
Результаты обработки данных высокого разрешения (WorldView-2, QuickBird) соответствуют результатам, полученным для Landsat, однако вопрос применения данных сверхвысокого разрешения для полуавтоматического распознавания полигонов ТБО требует дальнейшего изучения.