Идентификация посевов озимого рапса в Украине по данным MODIS и Landsat

Озимый рапс является одной из основных масличных культур в Украине, характеризуется высокой рентабельностью и зачастую выращивается с нарушениями требований к севообороту. Поэтому идентификация посевов рапса с помощью спутниковых данных является перспективным направлением для оперативного оценивания посевных площадей данной культуры, а также для контроля севооборота.
Исходя опыта авторов, в частности, при идентификации посевов рапса в Львовской области Украины на основе данных Landsat-5,7, EO-1, Сич-2, наименьшие ошибки классификации достигаются при использовании спутниковых данных в период цветения. Данный период длится около месяца, а наиболее интенсивная фаза, которая определяется по оптическим спутниковым данным, длится около двух недель. При условии отсутствия облачности пара спутников Landsat-7,8 обеспечивает практически двукратное покрытие территории Украины за 16 дней, однако в условиях реальной облачности получаемое покрытие соответствует различным фазам вегетации рапса и содержит пропуски в данных. При этом применение классических подходов обработки спутниковых данных с классификацией методом обучения с учителем требует значительного объема обучающей выборки, которая равномерно распределена по всей территории страны.
В данной работе предлагается двухэтапная процедура для идентификации посевов озимого рапса по оптическим данным. На первом этапе создается маска полей рапса по данным низкого разрешения MODIS, характеризующихся высокой периодичностью. При этом создается один глобальный классификатор для всей территории Украины. Получившаяся маска используется для формирования обучающей выборки и создания локальных классификаторов по данным Landsat (например, на областном уровне).
Для построения признаков рапса по данным MODIS используются ежедневные данные со спутников Terra и Aqua в период с 90 по 160 день года. Для минимизации вариации сигнала вследствие изменения зенитного угла съемки выполняется коррекция с учетом модели BRDF коэффициентов отражения земной поверхности. Для обработки данных Landsat -7 используется процедура абсолютной атмосферной коррекции LEDAPS, а для данных Landsat-8 выполняется процедура радиометрической нормализации на основе автоматического поиска псевдоинвариантных объектов. Предложенный подход апробирован на территории нескольких областей Украины. В частности в Одесской области, по предварительным оценкам, ошибки первого и второго рода классификации рапса по данным MODIS составили 10%. При использовании данных Landsat, ошибки составляют 4-6%.
Проведено сопоставление получаемых оценок площадей по спутниковым данным и данными официальной статистики. По данным 2012 г. построена маска рапса Львовской области, вычислены оценки площадей посевов на районном уровне с учетом официальных земель сельскохозяйственного назначения. При сравнении с данными официальной статистики среднее отклонение составило 8% за исключением 3-х районов области. По данным 2013 г. выполнено оценивание площадей рапса на областном уровне для всей территории Украины. При сравнении с экспресс-данными Министерства аграрной политики Украины среднее отклонение составило 10 тыс. га (10%).