Использование Google Earth Engine для анализа космических снимков Sentinel-2 в целях выделения водотоков по цифровой модели рельефа ArcticDEM

Одной из общих проблем в области картографии, геоинформатики и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) является проблема получения корректных исходных данных. В нашем исследовании такими данными являются векторные гидрографические основы. Они необходимы для решения широкого круга задач, например: для составления электронных карт и атласов; для гидрологических исследований и гидрографических расчётов; для пространственно-временного моделирования речных систем, в том числе для автоматизированного определения порядка водотоков сети и т.д.
Векторные гидрографические основы можно получить несколькими способами:
- с помощью оцифровки топографических карт и/или дешифрирования и оцифровки ДЗЗ;
- используя векторные данные с электронных ресурсов (OSM, HydroSHEDS, Natural Earth, ВСЕГЕИ);
- применяя автоматизированное выделение сети водотоков по ЦМР.
К модели речной сети, полученной одним из вышеперечисленных способов, предъявляются определенные требования по достоверности и соответствию объектов своему реальному положению в пространстве. В нашей работе рассматривается автоматизированный способ выделения водотоков по ЦМР. Однако, свободно распространяемые глобальные ЦМР, согласно СТО ГГИ 52.08.48–2020 «Выбор цифровой картографической основы для определения гидрографических характеристик», не позволяют получить корректные векторные основы. В связи с чем анализируется возможность их получения по региональной ЦМР высокого пространственного разрешения – ArcticDEM.
Выделение водотоков по указанному способу обычно проводится с помощью готовых инструментов настольных геоинформационных систем (ГИС). Но, на примере выделения участка главной реки (без притоков), было установлено, что для подобных задач системных характеристик стационарного компьютера недостаточно. К тому же, существующие алгоритмы выделения водотока плохо применимы для равнинных рек, с малыми перепадами высот по их течению, имеющих широкие русла и, в таком разрешении, являющихся уже полигональными, а не линейными объектами. Другой причиной некорректной работы алгоритмов выступает качество исходной ЦМР ArcticDEM, т.е. отсутствие данных на некоторых её участках.
Один из подходов в устранении неточностей выделения водотоков по ЦМР – это использование материалов спутниковой съемки. Учитывая количество обрабатываемой информации, был реализован программный код на Java Script для облачной платформы геопространственного анализа – Google Earth Engine. На примере бассейна р. Северная Двина были рассчитаны несколько водных индексов (Feyisa et al., 2014; Han-Qiu, 2005; McFeeters, 1996): Normalized Difference Water Index (NDWI), Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI), Automated Water Extraction Index (AWEI). Конвертированные в векторный формат модели реки служат источником валидации гидрографических основ ArcticDEM.
В заключении приведены результаты сравнительного анализа моделей реки, полученных разными способами: с помощью водных индексов, спутниковых снимков и ЦМР. Результаты исследования позволяют сделать выводы о возможности использования такого подхода для уточнения ArcticDEM с целью получения корректной гидрографической основы.