Сведения о ходе проведения исследований по Соглашению о предоставлении субсидии от 18 ноября 2015 г. № 14.616.21.0063 с Минобрнауки России по теме «Развитие автоматизированных методов и информационных технологий глобального спутникового мониторинга сельского хозяйства в поддержку программы GEOGLAM»
Цель проекта
Развитие автоматизированных методов и информационных технологий дистанционного мониторинга сельского хозяйства, создаваемых в интересах системы глобального мониторинга сельского хозяйства при поддержке Европейской комиссии(проект SIGMA) для расширения возможностей их использования на территории Северной Евразии, в первую очередь на территории стран Таможенного союза, а также других стран, входящих в ЕАЭС и СНГ
Основные задачи проекта
- Анализ информативности дистанционных индикаторов состояния растительности и возможности их комплексирования с биофизическими моделями развития сельскохозяйственных культур для оценки и прогнозирования урожайности с учетом особенностей территорий стран ЕврАзЭс, включая:
- различные спектральные вегетационные индексы;
- проективное покрытие почвы зеленой биомассой;
- поверхностный хлорофилловый потенциал.
- Формирование многоуровневого распределенного банка данных спутниковых наблюдений для обеспечения комплексных исследований и разработок в области дистанционного мониторинга сельского хозяйства, в том числе, на сети тестовых полигонов JECAM.
- Развитие системы сбора спутниковых данных для повышения уровня ее автоматизации и обеспечения возможности работы с данными перспективных (в том числе российских) спутниковых систем.
- Развитие методов предварительной обработки спутниковых данных для решения задач мониторинга сельскохозяйственной растительности, с целью повышения уровня их автоматизации и обеспечения возможности работы с данными перспективных (в том числе, российских спутниковых систем).
- Развитие веб-сервиса спутникового мониторинга сельского хозяйства VEGA-GEOGLAM для расширения возможностей его использования при решении региональных и национальных задач, включая:
- расширение географического охвата спутникового мониторинга;
- расширение состава тематических информационных продуктов;
- развитие инструментов комплексного анализа спутниковых, метеорологических и наземных данных.
- Развитие метода спутникового картографирования пахотных земель на основе комплексного использования данных различного пространственного и временного разрешения.
- Развитие методов картографирования посевов основных сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе временных рядов спутниковых данных на основе:
- объектной кластеризации посевов на основе спектрально-временной динамки;
- спектрально-временных признаков распознавания культур;
- построения эталонов классификации культур с использованием биофизических моделей роста сельскохозяйственной растительности.
- Разработка метода дистанционной оценки состояния сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе многолетних рядов спутниковых данных.
- Разработка метода прогнозирования урожайности основных культур (категорий культур) на основе комплексирования дистанционных индикаторов и биофизического моделирования развития сельскохозяйственной растительности.
Основные результаты проекта
Этап 1:
- Подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках работы, в том числе, обзор научных информационных источников.
- Проведены патентные исследования.
- Разработана структура экспериментального стенда (веб-сервис спутникового мониторинга сельского хозяйства VEGA-GEOGLAM).
- Проведен анализ информативности данных российских спутниковых систем и возможности их использования для картографирования пахотных земель и распознавания сельскохозяйственных культур.
- Проведен анализ особенностей использования технологий дистанционного зондирования для проведения мониторинга сельского хозяйства на территории Северной Евразии (в первую стран ЕАЭС).
- Заключено соглашение о сотрудничестве с иностранным партнером о выполнении совместного проекта.
Отчет этап 1, отчет ч.1; отчет ч.2
Этап 2:
- Проведен анализ информативности дистанционных индикаторов состояния растительности и показана возможность их комплексирования с биофизическими моделями развития сельскохозяйственных культур для оценки и прогнозирования урожайности с учетом особенностей в Регионе проекта
- Сформирован многоуровневый распределенный банк данных спутниковых наблюдений для обеспечения комплексных исследований и разработок в области дистанционного мониторинга сельского хозяйства, в том числе, на сети тестовых полигонов JECAM в Регионе применения результатов проекта.
- На основе информационного сервиса VEGA-GEOGLAM создан экспериментальный стенд (ЭС) для отработки и верификации методов обработки спутниковых данных разрабатываемых в проекте.
Отчет этап 2, отчет ч.1; отчет ч.2,
Этап 3:
1. В рамках работ по разработке и совершенствованию методов предварительной обработки спутниковых данных для решения задач мониторинга сельскохозяйственной растительности, ориентированных на работы с новыми (в том числе, российскими) спутниковыми системами созданы:
- методы обработки данных спутниковой системы Proba-V;
- методы обработки данных Landsat-TM/ETM/OLI;
- методы обработки данных КМСС.
Созданные методы предварительной обработки данных российских и зарубежных спутниковых систем для решения задач мониторинга сельскохозяйственной растительности обеспечивают возможность обработки временных рядов данных дистанционного зондирования с пространственным разрешением в диапазоне 30-250 м и временным разрешением 1-14 дней или более широких диапазонах величин.
2. В ходе работ по разработке и развитию метода спутникового картографирования пахотных земель на основе комплексного использования данных различного пространственного и временного разрешения в Регионе проекта, проведены:
- разработка новых информативных признаков распознавания пахотных земель на основе многолетних временных рядов, данных;
- расширение состава используемой мультиспектральной информации;
- расширение географического охвата выборки опорных данных для классификации и валидации результатов;
- развитие алгоритма классификации спутниковых данных;
- интеграция в алгоритмы обработки данных информации о физико-географических и почвенно-климатических условиях.
Созданный метод спутникового картографирования пахотных земель на основе комплексного использования данных различного пространственного и временного разрешения обеспечивает:
- автоматическое выделение полей, имеющих площадь от 1 га и выше, в том числе, от 20 га и выше;
- возможность проведения картирования, как на уровне отдельных районов, так и на уровне стран региона исследования.
Разработаны подходы и инструменты спутникового картографирования пахотных земель, обеспечивающие возможность комплексного использования данных различного пространственного и временного разрешения в Регионе проекта.
Проведена апробация развиваемого в рамках проекта метода спутникового картографирования пахотных земель на основе комплексного использования данных различного пространственного и временного разрешения.
3. Представлена методика расчета вегетационного индекса фотосинтетического потенциала, рассчитанная на использование информации, получаемой системами Terra/Aqua-MODIS, Proba-V. Представленная методика также рассчитана на проведение автоматизированного расчета индексов по тестовым полигонам на основе информации, имеющейся в формируемом в рамках проекта в многоуровневом распределенном банке данных спутниковых наблюдений для обеспечения комплексных исследований.
Отчет Этап 3, отчет
Информация о мероприятиях по проекту
Этап 4:
- Разработан метод картографирования посевов основных сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе временных рядов спутниковых данных в Регионе проекта.
- Разработан метод дистанционной оценки состояния сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе многолетних рядов спутниковых данных в Регионе проекта.
- Разработан метод прогнозирования урожайности основных культур (категорий культур) на основе комплексирования дистанционных индикаторов и биофизического моделирования развития сельскохозяйственной растительности в Регионе проекта.
- Организована и успешно проведена 12-13 июля 2017 г. на базе ИКИ РАН международная научная конференция-семинар по перспективам развития спутникового мониторинга сельского хозяйства, в том числе по анализу перспектив использования результатов проекта SIGMA и настоящего проекта
- Разработаны рекомендации по использованию результатов, полученных в проекте, для создания системы дистанционного сельскохозяйственного мониторинга в Регионе проекта и развития региональных и национальных систем мониторинга в других регионах мира.
- Проведены работы по верификации в рамках проекта SIGMA создаваемых методов картографирования посевов основных сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе временных рядов спутниковых данных.
- Проведены работы по верификации в рамках проекта SIGMA создаваемых методов картографирования сельскохозяйственных посевов, оценки состояния сельскохозяйственных культур и прогнозирования урожайности с использованием информации, получаемой на тестовых полигонах JECAM.
- Проведены работы по подготовке проведения в России международной научной конференции-семинара по перспективам развития спутникового мониторинга сельского хозяйства, в том числе по анализу перспектив использования результатов, получаемых в рамках проекта SIGMA и настоящего проекта.
- Организованы и проведены 14 мероприятий по информированию международной общественности о работах, выполняемых в рамках настоящего проекта и проекта SIGMA.
Отчет Этап 4, Отчет