Автоматизация технологии обработки спутниковых данных для оперативного картографирования опасных природных явлений

Оперативный спутниковый мониторинг чрезвычайных ситуаций и опасных природных явлений играет ключевую роль в предупреждении и ликвидации их последствий. Информация о лесных пожарах, паводковой обстановке, ледовом покрове должна поступать к потребителям в кратчайшие сроки с момента приема данных.
С целью сокращения времени обработки данных дистанционного зондирования Земли в Сибирском центре ФГБУ «НИЦ «Планета» были разработаны узкоспециализированные деревья решений для тематической обработки и оперативного картографирования водной поверхности, ледового покрова, очагов пожаров и дымовых шлейфов. Дерево решений представляет собой иерархический пороговый алгоритм, который состоит из ряда бинарных решений и выполняет многоступенчатое разделение пикселей на классы.
Условия отнесения пикселя к классу задаются с учетом априорной информации о спектральной отражательной способности природных объектов. При этом наиболее информативными оказываются соотношения яркостей пикселя в разных каналах, и в том числе индексы изображений. Дендрограммы для выделения воды и льда основаны на использовании водных индексов, а также стандартизованном индексе различий снежного покрова (NDSI). Для идентификации кромок пожаров используются коротковолновые и длинноволновые инфракрасные каналы.
При проведении тестовых испытаний разработанный метод показал ряд преимуществ: простота применения для оператора, возможность сохранения готовой дендрограммы и последующее ее применение к другим наборам данных, отсутствие «лишних» (не относящихся к решаемой задаче) классов в результатах кластеризации.
В работе представлены разработанные и прошедшие опытную эксплуатацию алгоритмы для выделения водных поверхностей, ледового покрова и кромки пожаров по спутниковым изображениям с оптико-электронных радиометров космических аппаратов Suomi NPP (VIIRS), NOAA-20 (VIIRS), Landsat-8 (OLI), Sentinel-2(MSI).
С целью автоматизации тематической обработки спутниковых данных был создан программный модуль на базе языка IDL, в который интегрированы разработанные деревья решений. Алгоритм работы модуля включает в себя выполнение следующих задач:
- первичная обработка данных;
- классификация с помощью выбранного дерева решений;
- «очистка» результатов классификации;
- экспорт целевого класса в векторный формат.
Представленный модуль имеет гибкую настройку и будет дополняться вновь разрабатываемыми алгоритмами с целью расширения возможностей тематической обработки спутниковых данных.