Сравнительный анализ распознаваемости озимых культур по оптическим и радарным данным ДЗЗ высокого пространственного разрешения

Проведён сравнительный анализ распознаваемости озимых культур по спутниковым данным высокого пространственного разрешения, получаемых оптическими  (Landsat-8, 30 м, Sentinel-2А, 20 м) и радарными (Sentinel-1, 9,8 м) системами ДЗЗ. Алгоритм распознавания включает поэтапное применение методов неконтролируемой и контролируемой классификации спутниковых изображений в среде геоинформационного сервиса Вега-Science Для проведения контролируемой классификации выполнялось обучение по набору опорных участков, выбираемых с помощью доступных в сервисе Вега карты растительного покрова и маски озимых культур, формируемых по данным инструмента MODIS с пространственным разрешением 250 м. Валидация результатов распознавания озимых культур выполнена с использованием наземных данных о посевах на территории Труновского района Ставропольского края. Площадь посевов озимых культур, включенных в выборку опорных данных составила 78 тыс. га.

Важным фактором, определяющим уровень достоверности распознавания озимых культур, является выбор оптимальных дат спутниковых наблюдений и спектральных каналов изображений, обеспечивающих максимальную разделимость озимых и яровых посевов. В исследованиях использовались оптические изображения в красном и ближнем инфракрасном спектральном диапазонах и данные радарной съемки при VH-поляризации (рис. 3), полученные в период 1-25 апреля 2016 года. Оценивалась точность как пиксельной, так и объектной, т.е. заданной границами полей, классификации озимых культур. При пиксельной классификации точность распознавания озимых культур с использованием одиночного изображения продемонстрировала существенные различия для оптических и радарных данных, составив соответственно 91% и 67%. Использование же объектной классификации озимых культур позволяет снизить различия в точности распознавания озимых культур по оптическим и радарным данным до 17% при обработке одиночного радарного изображения и 10% в случае использования их временного ряда, полученного в течение апреля 2016 года. При этом совместная классификация временного ряда оптических изображений не дала заметного повышения точности распознавания озимых культур. Комплексирование же оптических и радарных данных позволяет повысить точность распознавания озимых посевов на уровне объектов до 98%.

Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о недостаточной эффективности использования радиолокационных данных для раннего выявления посевов озимых культур. В то же время, радарные данные могут быть полезны для мониторинга озимых культур при отсутствии безоблачных оптических изображений, позволяя уточнять границы посевов и их площади.

Рисунок 2.1.2.1 - Кривые удельной эффективной поверхности рассеяния по данным сенсора Sentinal-1 для озимых и яровых культур в вертикально-горизонтальной поляризации