Предварительная оценка гиперспектральных снимков PRISMA на примере географических задач

Гиперспектральное дистанционное зондирование получило новый импульс к расширению использования получаемых данных с запуском в последние несколько лет сразу нескольких спутников с аппаратурой, имеющей высокое спектральное разрешение (не менее 100 каналов с шириной не более 20 нм). Наиболее известный гиперспектральный сканер Hyperion, установленный на спутнике EO-1, проработал с 2000 по 2014 год, обеспечив уникальными данными многие тематические области, хотя и при относительно небольшом пространственном охвате поверхности Земли. За последние 5 лет появилось несколько гиперспектральных систем космического базирования: 2019 году в Италии был запущен аппарат PRISMA (ASI), в Японии HISUI на ALOS-3, в 2021 – в Германии EnMAP, в 2023 г. во Франции HypXIM [1]. На МКС с 2019 г. работает система DESIS (Германия), имеющая ограниченный по широте пространственный охват. При этом приходится отметить, что все эти данные слабо доступны в России.
На кафедре картографии и геоинформатики Географического факультета с помощью коллег из Scott Polar Research Institute были получены снимки PRISMA (PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa) на 2 территории, обеспеченные данными полевых наземных обследований. Тестовые территории существенно различаются по своим географическим особенностям: одна из них расположена в низовьях р. Печоры на территорию музея-заповедника «Пустозерск» и его окрестностей, где в 2023 году проходила учебная полевая практика студентов кафедры; вторая – Узон-Гейзерная вулкано-тектоническая депрессия в восточной части п-ва Камчатка, на части которой ежегодно проводятся полевые обследования сотрудниками ИГ РАН и имеется большой набор архивных и современных снимков разного пространственного разрешения [2]. Для обеих территорий приоритетными являются задачи оценки состояния растительного покрова разных типов и условий произрастания, при этом для участка на Камчатке большое значение имеет выделение гидротермально измененных поверхностных отложений.
Данные аппарата PRISMA получают два оптико-электронных сканера: один выполняет гиперспектральную съемку в 239 каналах с 400 по 1010 нм (VNIR) и с 950 по 2505 нм (SWIR) с пространственным разрешением 30 м и спектральным около 12 нм, другой – панхроматическую съемку с пространственным разрешением 5 м. Поставляются снимки в формате HDF5-EOS, для извлечения отдельных файлов из которого требуется специализированное программное обеспечение, поскольку наиболее распространенные ГИС (QGIS, MapInfo, ArcGIS Desktop и их отечественные аналоги) этот формат по умолчанию не поддерживают.. В процессе работы были опробованы разные способы как извлечения отдельных каналов, так и их последующей обработки с использованием таких программ как MultiSpec (©Purdue Research Foundation) [3], и специализированных модулей AVHYAS и EnMAP-Box для QGIS. На этапе предварительной обработки исключались каналы, содержащие шумы, для каждого из наборов VNIR и SWIR каналов после применения метода главных компонент выбирались наиболее информативные участки спектра. На этапе тематической обработки оценивалась применимость различных спектральных индексов, позволяющих определять влагосодержание растительного покрова при характеристике растительных сообществ низовьев р. Печоры, а также разделить по литологическому составу породы на участках обнажений в Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии на основе построенных спектральных кривых. Работы будут продолжены.
Благодарим О.В.Тутубалину за помощь с получением гиперспектральных снимков PRISMA итальянского космического агентства (Agenzia Spaziale Italiana).
Работа проведена в рамках темы государственного задания кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова № 121051400061-9.