Дешифровочные признаки основных этапов ввода неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения в оборот и возможности их автоматизированного выявления

Мониторинг ввода неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения в оборот – актуальная задача, стоящая перед региональными органами управления АПК при реализации мероприятий Государственной программы эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса Российской Федерации, утвержденной постановлением Правительства от 14.05.2021 № 731. Ввиду того, что мероприятия по вводу земель в оборот осуществляются на обширных территориях, особую ценность при их отслеживании представляют спутниковые данные ДЗЗ. При этом встаёт вопрос о возможности дешифрирования по спутниковым изображениям признаков различных этапов вовлечения земель в оборот.
В работе исследуются два метода – визуальный (экспертный) и автоматизированный.
Первый основывается на визуальном извлечении дешифровочных признаков из серии мультиспектральных спутниковых снимков Sentinel-2, характерных для различных этапов проведения культуртехнических мероприятий по вводу в оборот неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения. По результатам составлен каталог дешифровочных признаков с пояснениями по их интерпретации.
Второй метод основан на автоматизированном анализе большой серии спутниковых снимков с использованием инструмента алгебры изображений. Алгоритм обработки реализован на языке Python с использованием модуля gdal. В основе работы алгоритма лежит предположение, что у не используемых ранее участков пашни, введённых в оборот, в анализируемом сезоне наблюдается высокая изменчивость индекса NDVI (Normalized Difference Vegetation Index, нормализованный разностный вегетационный индекс). На изменчивость NDVI анализируемых объектов могут оказывать влияние следующие мероприятия, которые проводятся в рамках культуртехнических работ: удаление древесно-кустарниковой растительности, первичная обработка почвы. Правила выделения искомых объектов записываются в виде формулы, результат расчёта по которой представляет собой растровое изображение, в значениях пикселей которого закодированы сроки, в которые наблюдался переход NDVI через пороговое значение, соответствующее проведению на поле культуртехнических мероприятий.
Рассматриваемые методы исследованы в отношении земель сельскохозяйственного назначения Московской, Пензенской и Иркутской областей по спутниковым данным за 2023 год.
Полученные результаты исследования показали, что визуальный метод дешифрирования требует высокой квалификации специалистов, но при этом обеспечивает наиболее полный анализ спутниковых снимков на предмет выявления различных этапов реализации мероприятий по вводу неиспользуемых земель в оборот.
На результат автоматизированного дешифрирования оказывает влияние как качество исходных данных (например, наличие облаков, теней), так и особенности анализируемой территории, что требует проведения дополнительной экспертной оценки. При этом автоматизированный метод позволяет обрабатывать значительные площади и объемы данных, что является ключевым преимуществом при мониторинге земель.
Комплексный подход в использовании обоих методов позволяет с высокой достоверностью определять площади земель, вовлечённых в сельскохозяйственный оборот.
Работа выполнена в рамках темы «Мониторинг» (госрегистрация № 122042500031-8). Для анализа спутниковых данных использовались возможности УНУ ВЕГА-Science (Лупян и др., 2021), входящей в Центр коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019).