Мониторинг посевов сельскохозяйственных культур по радиолокационным спутниковым снимкам Sentinel 1

В 2014 году Европейское космическое агентство (ESA, European Space Agency) в рамках программы Copernicus вывело на орбиту спутник Sentinel 1А. На борту спутника установлена радиолокационная аппаратура с синтезированной апертурой C-SAR, позволяющая вести съемку в С-диапазоне независимо от погодных условий и условий освещенности. Снимки с данного спутника регулярно выкладываются в открытый доступ в сеть Интернет. Периодичность получения снимков со спутника Sentinel 1А для российских широт составляет 5-12 дней.
В компании «Совзонд» проведено исследование возможностей использования радиолокационных спутниковых снимков Sentinel 1 для дистанционного мониторинга посевов сельскохозяйственных культур. В ходе исследования использовались снимки режима съемки Interferometric Wide Swath, двойной поляризации (VH и VV), пространственное разрешение 20*5 м (в продольном и азимутальном направлении). Территория исследования – поля ООО «Гелио-Пакс» Новониколаевского района Волгоградской области. Для обработки был использован серия из 18 разновременных снимков, полученных за период с марта по ноябрь 2015 года.
Основные задачи, решаемые в ходе исследования – картографирование севооборотов (состава высеваемых культур) и оценка состояния посевов. Различные свойства сельскохозяйственных культур по-разному влияют на интенсивность рассеивания радарного сигнала. На совокупную итоговую интенсивность отражения сигнала влияют густота посевов, высота стеблей, расположение листьев, влажность поверхности и другие факторы. В ходе исследования был выполнен анализ интенсивности рассеивания сигнала различными видами культур с помощью временного ряда снимков. Установлены некоторые закономерности рассеивания посевами озимой и яровой пшеницы, ячменя, кукурузы и подсолнечника в зависимости от вегетационного состояния и фенологических фаз. Также была выполнена классификация полей, занятых различными культурами по серии разновременных снимков.
Проведенное исследование позволило сделать следующие основные выводы:
• Радиолокационные снимки Sentinel 1 могут быть использованы для регулярного космического мониторинга сельскохозяйственного производства. Снимки гарантированно могут быть получены в заданное время, что обеспечивает ведение регулярных наблюдений. Нет риска отсутствия данных ввиду облачности и плохой освещенности. Вместе с тем на качество изображений могут оказывать существенное влияние многие внешние факторы, в первую очередь влажность почв и растительности. Рекомендуется исключать из обработки снимки, полученные в дни выпадения осадков либо непосредственно после таких дней.
• Дешифрирование основных групп сельскохозяйственных культур по радиолокационным снимкам Sentinel 1 возможно. Посевы различных культур распознаются визуально, возможна разработка алгоритма автоматизированного дешифрирования отдельных типов сельскохозяйственных культур.
• Биофизические параметры роста и развития сельскохозяйственной растительности требуют дальнейшего глубокого изучения. Необходимо сопоставление данных по интенсивности рассеивания с фенологическими фазами развития растительности.
• Возможно уверенное определение некоторых этапов агротехнологических работ на полях, таких как уборка урожая.
22 апреля 2016 года на орбиту выведен второй спутник из серии Sentinel 1 – Sentinel 1B. С выводом на рабочую мощность второго спутника периодичность съемки сократиться до 5 суток, что позволит получать ещё большее количество снимков в течение вегетационного сезона, улучшая возможности космического мониторинга посевов.