Метод обработки данных Sentinel 1A

Европейский спутник дистанционного зондирования Земли Sentinel 1A, который входит в систему глобального мониторинга окружающей среды и безопасности “Copernicus”, обеспечивает всепогодное наблюдение земной поверхности. Съемка выполняется регулярно в С-диапазоне (длина волны 6 см) с 2015 года. После обработки данных, полученных в различных режимах, предоставляются продукты нескольких уровней пространственного разрешения. В настоящее время это уникальный инструмент, предоставляющий радарные изображения на постоянной основе.

В Институте космических исследований РАН разработан метод, позволяющий на основе изображений, представляющих измерения с использованием двух поляризаций VV (Дб) и HV(Дб), c пространственным разрешением 10м получить временной ряд радарного индекса RVI, чувствительного к изменениям, вызванным ростом растительности. Также предложено трансформирование радарного индекса RVI в виде, сопоставимом с вегетационным ходом классического вегетационного индекса NDVI. Аналогом NDVI можно считать индекс NRVI = 1 – (RVI-1)/( RVI+1), где RVI = 10^(0,1*(VV-HV)). К основным преимуществам радарного индекса NRVI, полученного по данным Sentinel 1A, можно отнести высокую чувствительность к изменению влажности почвы, что можно интерпретировать, как выпадение осадков или осуществление полива сельскохозяйственных полей. Наблюдение таких эффектов напрямую с использованием классического индекса NDVI, полученного по данным оптического диапазона невозможно.

 
Рис. 1. Исходные данные и восстановленный временной ряд индекса NRVI

В исходном виде временной ряд каждого отдельного пиксела радарного индекса NRVI может быть сильно зашумлен. Это связано с чувствительностью данных к осадкам, выпадающим на рассматриваемой территории. Поэтому также был разработан метод фильтрации и аппроксимации аномальных изменений, происходящих в каждом отдельном пикселе во временном ряде значений. Предварительно обработанные измерения поступают на вход процедуры полиномиального сглаживания и аппроксимации временных рядов данных, которая позволяет проецировать ряд измерений на регулярную ежедневную временную шкалу.
Такой подход к использованию радарных данных Sentinel-1 открывает возможность распознавать различные типы сельскохозяйственных культур на основе их временных профилей попиксельных значений индекса NRVI.

 
Рис. 2. Псевдоцветные изображение, построенное на основе восстановленных разновременных значений индекса NRVI по данным Sentinel-1A, с характерными участками полей, занятых различными сельскохозяйственными культурами

 

Ри. 3. Временные профили радарного индекса NRVI характерных участков полей, занятых различными сельскохозяйственными культурами