Развитие метода и технологии выявления пахотных земель на основе многолетних временных серий спутниковых данных MODIS.

Развитие метода выявления пахотных земель на основе многолетних временных серий спутниковых данных MODIS было направлено на дальнейшее повышение его точности за счет разработки нового алгоритма улучшенной предварительной обработки исходных временных серий данных, модификацию признаков распознавания, улучшение репрезентативности обучающей выборки и использование данных об априорных вероятностях распознаваемых классов.
Спектрально-динамические признаки распознавания пахотных земель основаны на использовании многолетних временных серий композитных изображений перпендикулярного вегетационного индекса PVI. Сформированные таким образом временные ряды содержат пропуски данных из-за исключения соответствующих облачности и теням от нее пикселов изображения. Кроме этого, используемые временные ряды могут содержать измерения, отражающие сильную анизотропию рассеянного от некоторых объектов излучения, а также измерения, находящиеся под влиянием остаточной облачности. Для исключения не отражающих реальные биофизические параметры наблюдаемой растительности наблюдений используются скользящие статистические фильтры и анализ значений первой производной функции вегетационного индекса; при этом происходит заполнение пропущенных значений на основе линейной интерполяции. Пример результатов обработки временных серий представлен на рис. 16.8.1.

Рис. 16.8.1 Коррекция временного ряда значений PVI на  этапе предварительной обработки. Нулевые значения в исходной временной серии соответствуют пропускам данных.

Некоторые признаки распознавания были модифицированы для расширения динамического диапазона принимаемых значений, что позволило улучшить разделимость классов. В частности, была уменьшена квантованность значений признака длины вегетационного периода за счет предположения о линейном характере изменения вегетационного индекса на временных интервалах, меньших временного шага дискретизации. Основанные на использовании скорректированных временных серий признаки обеспечивают более корректное выявление пахотных земель за счет исключения влияния мешающих факторов на средние значения признаков по каждому классу. Коррекция обучающей выборки, её регуляризация по всей территории распознавания на основе исторических карт пахотных земель, обеспечение одномодальности значений признаков внутри классов также позволили улучшить разделимость классов.
Лежащий в основе классификатора метод максимального правдоподобия предполагает использование карты априорных вероятностей, которые позволяют исключить ошибки типа «ложная тревога» на тех объектах или типах растительного покрова, которые заведомо не могут являться пахотными землями, однако демонстрируют схожую с данным классом многолетнюю временную динамику. Такая карта была построена на основе исторических карт пахотных земель, региональной информации о землепользовании, а также полученных по данным MODIS карт лесной растительности и водных объектов, дополненной векторными данными результатов миссии SRTM.
Описанные изменения улучшают точность распознавания пахотных земель, ускоряют получение результата и делают его повторяемым и практически независимым от влияния эксперта.