Предварительная обработка спутниковых данных высокого пространственного разрешения Sentinel-2 для задач мониторинга растительного покрова

Для решения широкого спектра задач мониторинга растительного покрова используются временные ряды наблюдений, позволяющие анализировать сезонную динамику различных характеристик зеленой растительности. При этом спутниковые снимки проходят предварительную обработку, включающую фильтрацию наблюдений, искаженных и зашумленных вследствие влияния облачного и снежного покрова, теней, шумов прибора и т.д. В ИКИ РАН разработан алгоритм предварительной обработки данных ДЗЗ, реализованный для изображений среднего пространственного разрешения. Он включает в себя построение маскированных изображений искаженных наблюдений на основе значений коэффициентов спектральной яркости в красном и голубом каналах, а также индекса NDSI, чувствительного к содержанию влаги подстилающей поверхности, коррекцию выбросов и восстановление пропусков на основе анализа временных рядов и построения набора аппроксимирующих полиномов в скользящем окне переменного размера (Миклашевич и др. 2019).
В работе приведено развитие метода предварительной обработки для данных высокого пространственного разрешения. Апробация проводится на данных приборов Sentinel-2A и Sentinel-2B, временное разрешение которых составляет 2–3 дня в средних широтах и позволяет получать и восстанавливать годовую динамику исследуемых объектов. Интерполяционный алгоритм восстановления временных рядов позволяет получать данные на определенные даты, обеспечивая непрерывное покрытие с регулярным временным шагом несмотря на апериодичность исходного набора изображений.
Спецификой данных высокого разрешения, кроме частоты и площади покрытия, является детализация снимка. С одной стороны, пространственное разрешение 10-20м позволяет фильтровать объекты, которые при худшем разрешении не видны, но искажают спектрально-отражательных характеристиках объектов наблюдения. С другой стороны, повышается вероятность ошибок ложного детектирования для смешанных и граничных пикселей, антропогенных объектов, элементов рельефа и т.д. Однако, анализ временных рядов данных позволяет детектировать проблемные элементы изображения, и на основе статистического анализа значений в исходном наборе данных, корректировать и уточнять маски облачного и снежного покрова для данных высокого пространственного разрешения.
Работа выполнена в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, обеспечение создания системы учёта данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» (рег. № 123030300031-6). Обработка данных осуществлялась с использованием возможностей ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019), поддерживаемого программой “Мониторинг” (государственный регистрационный номер 122042500031-8).