Семнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»
XVII.A.365
Построение температурных карт городов с использованием временной последовательности спутниковых изображений Landsat 8
Мамаш E.A. (1), Пестунов И.А. (1), Чубаров Д.Л. (1)
(1) Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск, Россия
В настоящее время накоплены значительные объемы спутниковых данных низкого, среднего и высокого пространственного разрешения и созданы системы, позволяющие работать с распределенными архивами в режиме онлайн. Наиболее яркими примерами таких систем могут служить Google Earth Engine, ВЕГА-Science, разработанная в ИКИ РАН [1]. В ИВТ СО РАН накоплен архив спутниковых данных начиная с 2007 года, и существует уникальная информационная система доступа и обработки спутниковых данных, позволяющая извлекать и обрабатывать временные серии спутниковых данных [2-4].
При оценке параметров мониторинга окружающей среды, например, температуры подстилающей поверхности, переход от обработки отдельных сцен к временной серии изображений позволяет проследить не только временную динамику изменений, но и вычислить средние значения исследуемых параметров, что, в свою очередь, позволяет исключить из рассмотрения результаты, носящие случайный характер и выявить устойчивые аномалии.
Многолетние исследования подтвердили сильную корреляцию температурных данных MODIS LST, Landsat LST с наземными измерениями. В настоящее время эти данные активно используются при решении самых различных прикладных задач в том числе для исследования городских островов тепла, определения устойчивых тепловых аномалий, мониторинга изменений городской территории, связанных с застройкой новыми объектами. Так, на основе многовременных тепловых снимков, фиксирующих тепловые контрасты города в разные сезоны года, проведен ряд исследований городских островов тепла Москвы, Нижнего Новгорода, крупнейших городов Заполярья (Мурманск, Норильск, Воркута, Апатиты, Салехард, Новый Уренгой, Надым)[5-9]. В результате дешифрирования городской застройки по снимкам в видимом и инфракрасном диапазонах составлены карты крупнейших городов российского Заполярья, отражающие их городскую застройку и функциональные зоны. Карты иллюстрируют пространственную неоднородность теплового поля городов, приуроченную к их функциональным зонам и дополненную информацией о структуре городской застройки [10].
В работе [11] опробована методика выявления изменений городской среды города Красноярска по температуре поверхности земли на основе спутниковых данных инфракрасного диапазона.
Следует отметить, что в упомянутых выше работах картирование выполнено на основе отдельных снимков, а детектирование изменений — на основе пар снимков. Недостатком этого подхода является чувствительность метода к выбору снимков.
В данной работе предлагается подход, основанный на использовании серии данных, полученных с КА Landsat 8. Нами выполнена оценка распределения температуры земной поверхности (LST) для следующих городов: Новосибирск, Томск, Красноярск, Барнаул, Кемерово, Иркутск. Карты средних температур построены на основе композитных изображений за период 01.05.2018 – 30.10 2018 г., в целом обработано 218 снимков. Оценка коэффициента эмиссии, присутствующего в формуле для расчёта LST, проводилась на основе вегетационного индекса NDVI. При построении композитного изображения накладывались маски, исключающие облачность и тень от облаков. Полученные тепловые снимки были совмещены с картами городов. Анализ полученных изображений показал наличие тесной связи выявленных тепловых аномалий с типом городской застройки.
Ключевые слова: обработка спутниковых данных, температурная карта города, городские острова тепла, городская застройка
Литература:
- Прошин А.А., Лупян Е.А., Балашов И.В., Кашницкий А.В., Бурцев М.А. Создание унифицированной системы ведения архивов спутниковых данных, предназначенной для построения современных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 3. С. 9-27.
- Шокин Ю.И., Пестунов И.А., Смирнов В.В., Синявский Ю.Н., Скачкова А.П., Дубров И.С., Левин В.А., Алексанин А.И., Алексанина М.Г., Бабяк П.В., Громов А.В., Недолужко И.В. Распределенная информационная система сбора, хранения и обработки спутниковых данных для мониторинга территорий сибири и дальнего востока // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2008. Т. 1. № 4. С. 291-314.
- Шокин Ю.И., Добрецов Н.Н., Мамаш Е.А., Кихтенко В.А., Воронина П.В., Смирнов В.В., Чубаров Д.Л. Информационная система приема, обработки и доступа к спутниковым данным и ее применение для решения задач мониторинга окружающей среды // Вычислительные технологии. 2015. Т. 20. № 5. С. 157-174.
- Шокин Ю.И., Пестунов И.А., Чубаров Д.Л., Кихтенко В.А., Мамаш Е.А., Добрецов Н.Н., Воронина П.В., Синявский Ю.Н. Информационная система сбора, хранения и обработки спутниковых данных ИВТ СО РАН как инструмент для решения задач мониторинга природных и антропогенных объектов // Труды всероссийской конференции «Обработка пространственных данных в задачах мониторинга природных и антропогенных процессов», SDM-2019. 2019. С. 229–241.
- Baldina E. A., Grishchenko M. Y. Object oriented analysis of multi-temporal thermal infrared images // South-Eastern European Journal of Earth Observation and Geomatics. 2014. Vol. 3. No. 2S. P. 415–418.
- Varentsov M.I., Konstantinov P.I., Samsonov T.E., Repina I.A. Investigation of the urban heat island phenomenon during polar night based on experimental measurements and remote sensing of Norilsk city// Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space. 2015. 11(4). P. 329–337.
- Грищенко М. Ю., Варенцов М. И., Михайлюкова П. Г. Анализ острова тепла Москвы с использованием космических снимков разного пространственного разрешения и результатов климатического моделирования // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли: материалы VI Междунар. науч. конф., Красноярск, 10-13 сентября 2019 г. / науч. ред. Е.А. Ваганов; отв. ред. Г.М. Цибульский. СФУ. Красноярск, 2019. С. 217–219.
- Варенцов М. И., Самсонов Т. Е., Кислов А. В., Константинов П. И. Воспроизведение острова тепла Московской агломерации в рамках региональной климатической модели cosmo-clm // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2017. № 6. С. 25–37.
- Varentsov M. I., Grishchenko M. Y. , and Wouters H.. Simultaneous assessment of the summer urban heat island in moscow megacity based on in situ observations, thermal satellite images and mesoscale modeling // Geography, environment, sustainability. 2019.
- Ермилова Ю. В. Картографирование застройки крупнейших городов российского Заполярья по космическим снимкам разных спектральных диапазонов // Геодезия и картография. 2018. Т. 79. № 3. С. 23–34.
- Гостева А.А., Матузко А.К., Якубайлик О.Э. Поиск изменений температуры городской среды по спутниковым данным на примере города Красноярска// Труды всероссийской конференции «Обработка пространственных данных в задачах мониторинга природных и антропогенных процессов». SDM-2019, 2019. С. 387–392.
Презентация доклада
Методы и алгоритмы обработки спутниковых данных
45