Обнаружение опасных ледовых явлений с помощью спутниковых радиолокаторов

Экстремальные погодные климатические условия Арктики создают значительные риски для безопасной и эффективной работы морского транспорта, для морских добычных платформ, отгрузочных терминалов, портовой инфраструктуры. Ледяной покров является основным природным фактором, оказывающим существенное влияние на хозяйственную деятельность в Арктике. Сильное сжатие, дрейф льда, торошение, взлом припая, ледовые реки, обледенение, айсберги – все это опасные ледовые явления.
В задачах классификации льдов широко применяются спутниковые данные об интенсивности отраженного сигнала, переведенные в значения удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР). Применение УЭПР при использовании спутниковых изображений позволяет перейти от относительных значений интенсивности рассеянного поверхностью сигнала к абсолютным, что, в свою очередь, обеспечивает сравнение разновременных изображений морского льда, выявление динамических изменений в структуре ледяного покрова. Там, где имеется большой горизонтальный градиент скорости дрейфа, образуются гряды торосов. Для решения задачи выделения торосов использовались данные Sentinel-1 первого уровня, полученных в режиме сверхширокой полосы обзора (ExtraWide, EW) с двойной поляризацией: ГГ (горизонтально передаваемого и принимаемого сигнала) и ГВ (горизонтально передаваемого, вертикально принимаемого) каналов. Двойная поляризация имеет много достоинств для выделения зон шероховатости морского льда из-за значительной разницы в сигнале на разных поляризациях. Алгоритм обнаружения торосов в зимний период состоит из трех частей: (1) этап предварительной обработки, (2) расчет дополнительных параметров РСА-изображения – текстурных характеристик, (3) преобраззование полученных данных (ТХ) в двоичную карту пикселей, которые маркируют торосистые образования с помощью различных этапов фильтрации. В дальнейшем необходима процедура обнаружения и сегментации, которая разбивает сеть пикселей двоичной карты на минимально возможные сегменты. На этапе обнаружения объектов максимальные значения выделяются следующими двумя этапами обработки: 1) сегментированием для получения двоичного представления, 2) морфологическим прореживанием. Морфологическое прореживание сокращает сегментированные элементы до центральных линий шириной в один пиксель, чтобы получить изображение с окончательным результатом обнаружения краев. В дальнейшем необходима процедура постобработки - повторного объединения, где оценивается вероятность принадлежности различных сегментов к одному объекту, а затем все сегменты соединяются.