Выявление посевов опиумного мака в Афганистане по спутниковым данным высокого разрешения

Обнаружение и картирование посевов наркосодержащих культур играет ключевую роль в контроле их выращивания и предотвращении незаконного производства наркотиков. Использование методов дистанционного зондирования Земли имеет ряд преимуществ по сравнению с наземными наблюдениями, особенно в отношении мониторинга выращивания опиумного мака на территории Афганистана, где информация, полученная в ходе наземных наблюдений, скудна и зачастую отсутствует [1].
В 2022 г. в Афганистане был введен запрет на выращивание, производство, торговлю и использование любых наркотических веществ [2]. Спустя два года, по данным спутникового мониторинга, площадь посевов мака сократилась с 211 тыс. га до 7,4 тыс. га [3]. Отмечается смещение центра выращивания мака в провинцию Бадахшан, где эффективность запретительных мер была существенно ниже из-за удаленности и изолированности. В работе рассмотрено применение временных серий NDVI, рассчитанных по высокодетальным снимкам для выявления посевов опиумного мака на территории провинции Бадахшан.
Территория исследования включала в себя окрестности города Файзабад (высокогорная провинция Бадахшан), ограниченного полигоном размером 15×15 км. Исследование проводилось по снимкам PlanetScope с пространственным разрешением 3 м [4]. Всего проанализировано 26 сцен за период апрель-ноябрь 2022 г., на основе которых произведен расчет вегетационного индекса NDVI. По индексным изображениям проводилось полу- и автоматизированное дешифрирование в программах ArcGIS 10.5, MultiSpec и SAGA GIS 9.8.1. Пространственный анализ и визуализация результатов выполнены в ArcGIS.
Выделение основных фенологических циклов по мультивременным индексным композитам показало, что на территории преобладают озимые культуры, в числе которых культивируется и опиумный мак. Существенный перепад высот (более 1000 метров) на территории исследования обуславливает заметные различия (до трёх недель) в сроках сельскохозяйственных циклов для культур, выращиваемых в долине реки и в высокогорных районах.
Детектирование посевов мака осуществлялось с помощью классификации с обучением. Предварительно создана маска с/х угодий неконтролируемой классификации ISODATA. Дальнейшая обработка включала эталонирование и классификацию тремя алгоритмами, из которых метод опорных векторов показал наивысшую точность. По результатам классификации отмечено преобладание посевов пшеницы в долине реки Кокча и преобладание посевов мака на прилегающих поверхностях междуречья.
По временным сериям NDVI выявлено сходство в динамике значений индекса мака и пшеницы. Наибольшие различия характерны для начальной стадии вегетации, когда значения NDVI пшеницы существенно превышают показатели мака. Отмечен фенологический сдвиг – сбор опиума начинается на две недели позже уборки пшеницы. В послеуборочный период значения NDVI пшеницы снижаются быстрее.
Сравнение спектрально-временных характеристик культур показало, что в начале вегетации посевы пшеницы имеют большую отражательную способность во всех диапазонах кроме NIR. К маю этот разрыв увеличивается. В июне отражательная способность мака в NIR повышается, а пшеницы снижается, на некоторое время мак характеризуется большей отражательной способностью во всех диапазонах. В июле, на стадии увядания, их профили становятся практически идентичны. Полученные данные согласуются с результатами исследований, проведенных на тестовых участках в провинции Гильменд [5]. Однако демонстрируется заметный временной сдвиг в сроках фенологических циклов (около полутора месяцев) между провинциями, обусловленный различиями в широтном и высотном положении Бадахшана и Гильменда.
Результаты исследования показали перспективы использования разновременных высокодетальных снимков и алгоритмов машинного обучения для выявления посевов опиумного мака. Анализ временных серий NDVI и спектрально-временных характеристик озимых культур позволил разработать методику дифференциации мака от пшеницы, преобладающей с/х культуры в районе. Полученные результаты имеют существенное практическое значение для организации системы мониторинга посевов мака в отдаленных и труднодоступных регионах, оценки эффективности запретительных мер и прогнозирования пространственного перераспределения посевов мака.