Оценка возможностей выявления озимых культур с использованием инструментов сервиса Вега

Для обеспечения стабильного развития регионов и решения проблемы обеспечения населения продовольствием в регионах рискованного земледелия необходимы механизмы мониторинга и контроля за состоянием сельскохозяйственных культур. В ИКИ РАН разработан метод распознавания озимых культур на Европейской территории России и пограничных с ней стран (Плотников, Барталев, Хвостиков, 2013) на основе данных прибора MODIS. Оценка точности получаемых карт в масштабе регионов (Плотников и др., 2017) показывает, что данные карты в среднем демонстрируют высокую точность для значимых в сельскохозяйственном отношении регионов Южного, Центрального и Приволжского федерального округов. Однако метод имеет ряд ограничений – в частности, он плохо применим к регионам с невысокими среднемноголетними значениями посевной площади озимых, с небольшими размерами полей. Его ограничения связаны и с использованием актуальных карт используемых пахотных земель России, построенных по данным MODIS, точность которых также различна для различных регионов страны (Bartalev, Plotnikov, Loupian, 2016). Таким образом, некоторые регионы страны нуждаются в построении более точных карт озимых культур, в частности, республика Крым (Паштецкий и Дунаева, 2017). Выращивание озимых в Крыму в настоящее время носит стратегический характер в виду изменений в структуре посевов, обусловленными проблемами водоснабжения полуострова.
Целью работы являлась экспериментальная проверка возможностей распознавания озимых культур на локальном уровне (районы и хозяйства, с использованием и без использования маски границ полей) и разработка методики картографирования озимых культур с помощью комплексирования автоматических и интерактивных методов обработки данных ДЗЗ среднего и высокого пространственного разрешения в среде сервиса Вега-Science.
В основе рассматриваемого метода - сочетание алгоритмов неконтролируемой классификации (гиперкластеризация) с использованием масок культур, построенных по данным MODIS (карты, получаемые на основе данных прибора MODIS, могут быть использованы в качестве источника обучающий выборки). Используются признаки распознавания, отражающие фенологию и состояние растительности в весенне-летний период вегетации. В работе рассматриваются различные подходы к формированию мультивременной серии изображений Landsat 8 и Sentinel -2A, B, а также радарных изображений Sentinel -1A, B в качестве исходных данных для классификации.
Реализуемая в сервисе Вега-Science методика картографирования озимых культур позволит предоставить широкому кругу пользователей возможности получения более точных региональных карт для раннего и постсезонного распознавания озимых культур. Использование карт среднего пространственного разрешения в качестве источника обучающих данных для построения карт по данным более высокого разрешения актуально для регионов с относительно небольшими размерами полей, неоднородным ландшафтом и динамично изменяющейся структурой посевных площадей.
Работа выполнялась в рамках гранта РФФИ (№18-416-910011) с использованием инфраструктуры Центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ЦКП "ИКИ-Мониторинг" (Лупян и др., 2015) и сервисов информационной системы "ВЕГА-Science" (Толпин, Балашов и др., 2014).