Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 14–18 ноября 2022 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XX.B.514

Технология оперативного построения и результаты оценки продуктов КМСС уровня L2A для решения задач оперативного мониторинга растительного покрова России

Плотников Д.Е. (1), Колбудаев П.А. (1), Матвеев А.М. (1), Прошин А.А. (1), Лупян Е.А. (1)
(1) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
данные приборов серии КМСС характеризуются достаточно редким сочетанием показателей пространственного разрешения и повторяемости наблюдений, благодаря чему территория России полностью покрывается результатами съёмки с пространственным разрешением 60 метров в течение 3-5 дней (1-2 дня при работе двух приборов). Эти данные представляют интерес при решении задач оперативного мониторинга объектов растительного покрова (Денисов и др., 2021, Плотников и др., 2020, Шабанов и др., 2018).
Ранее была описана развернутая на базе ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг» автоматическая технология (Kolbudaev et al., 2021, Плотников и др., 2020), позволяющая устранять искажения географической привязки изображений КМСС (Плотников и др., 2022), детектировать облачность и тени от неё, выполнять многофакторную коррекцию измерений, включая компенсацию влияния атмосферы и учёт эффектов, связанных с различиями геометрии освещения и наблюдения в пределах 960-километровой полосы обзора. На последнем этапе происходит восстановление сезонных временных серий ежедневных измерений коэффициентов спектральной яркости земной поверхности (Plotnikov et al., 2022), обеспечивая совместимость с методами и технологиями для распознавания, оценки состояния и динамики растительного покрова (Лупян и др., 2021, Waldner et al., 2019, Плотников и др, 2018, Гаврилюк и др., 2018). В частности, на основе восстановленных временных серий КМСС и разработанной ранее технологии (Плотников и др., 2018) была продемонстрирована возможность автоматического получения карты используемых пахотных земель на территорию части ЮФО с пространственным разрешением 60 метров (Плотников и др., 2021).
В результате работы технологии на основе спутниковых данных КМСС-М и КМСС-2 были построены ежедневные безоблачные изображения NDVI и измерений КСЯ в красном и ближнем ИК каналах за 2020 и 2021 годы наблюдений. В начале 2022 года технология была запущена в режиме оперативного мониторинга на территорию зернового пояса РФ с публикацией оперативных продуктов в интерфейсе систем семейства Вега. Обновление продуктов происходило несколько раз в неделю, причем из-за штатных задержек поступления вспомогательного продукта MOD09 ожидалось снижение качества оперативно формируемых ежедневных продуктов.
В рамках настоящего исследования была выполнена оценка качества оперативно сформированных в 2022 году изображений КСЯ в красном и ближнем ИК каналах на основе эталона, полученного по данным MODIS и модели 6SV. Для количественной оценки использовались метрики точности, неопределенности и погрешности (accuracy, uncertainty, precision) из эксперимента ACIX по сравнению различных атмосферных корректоров (Doxani et al., 2018). Статистика была собрана с территории агропояса РФ на регулярной пространственно-временной основе. Полученные распределения метрик позволяют уточнить возможности и ограничения при оперативном мониторинге растительного покрова на основе данных КМСС. В частности, было установлено типичное для метода гистограммного приведения распределение ошибок, а также продемонстрировано, что среднее значение ошибки определения КСЯ в ближнем ИК канале близко к нулю с дисперсией 0.02, в красном канале – составляет 0.01, дисперсия – 0.05. Таким образом, количественные оценки точности атмосферной коррекции подтверждают качественные оценки, полученные ранее на основе анализа временных серий измерений КМСС.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки (тема «Космос-Д», госрегистрация № 122042500019-6) с использованием возможностей центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян, Прошин и др., 2015).

Ключевые слова: КМСС, оперативный мониторинг, ежедневные композиты, атмосферная коррекция, ACIX
Литература:
  1. Шабанов Н.В., Барталев С.А., Ерошенко Ф.В., Плотников Д.Е. Развитие возможностей дистанционной оценки индекса листовой поверхности по данным MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 166-178. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-166-178.
  2. Денисов П.В., Середа И.И., Трошко К.А., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Толпин В.А. Возможности и опыт оперативного дистанционного мониторинга состояния озимых культур на территории России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 2. С. 171-185. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-2-171-185.
  3. Плотников Д.Е., Ёлкина Е.С., Дунаева Е.А., Хвостиков С.А., Лупян Е.А., Барталев С.А. Развитие метода автоматического распознавания озимых культур на основе спутниковых данных для оценки их состояния на территории Республики Крым // Таврический вестник аграрной науки. 2020. № 1(21). С. 64-83. DOI: 10.33952/2542-0720-2020-1-21-64-83.
  4. Kolbudaev P.A., Plotnikov D.E., Loupian E.A., Proshin A.A., Matveev A.M. The methods and automatic technology aimed at imagery georeferencing, cloud screening, atmospheric and radiometric correction of KMSS-M satellite data // E3S Web of Conferences, 2021. 333. P. 01006. DOI: doi.org/10.1051/e3sconf/202133301006.
  5. Plotnikov D.E., Loupian E.A., Kolbudaev P.A., Proshin A.A., Matveev A.M. Daily surface reflectance reconstruction using LOWESS on the example of various satellite systems // IEEE Xplore. VIII International Conference on Information Technology and Nanotechnology. (ITNT). 2022. DOI: 10.1109/ITNT55410.2022.9848630.
  6. Плотников Д.Е., Колбудаев П.А., Барталев С.А., Лупян Е.А. Автоматическое распознавание используемых пахотных земель на основе сезонных временных серий восстановленных изображений Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 2. С. 112-127. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-2-112-127.
  7. Плотников Д.Е., Колбудаев П.А., Матвеев А.М., Прошин А.А., Лупян Е.А. Автоматическая технология построения ежедневных безоблачных композитных изображений КМСС для количественной оценки состояния земной поверхности // Материалы 19-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Электронный сборник материалов конференции. Институт космических исследований Российской академии наук. Москва, 2021. С. 451. DOI: 10.21046/19DZZconf-2021a.
  8. Плотников Д.Е., Колбудаев П.А., Жуков Б.С., Матвеев А.М., Барталев С.А., Егоров В.А., Кашницкий А.В., Прошин А.А. Публикация коллекции мультиспектральных измерений прибором КМСС-М (КА «Метеор-М» No2) для количественной оценки характеристик земной поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 276–282. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-276–282.
  9. Doxani, G.; Vermote, E.; Roger, J.-C.; Gascon, F.; Adriaensen, S.; Frantz, D.; Hagolle, O.; Hollstein, A.; Kirches, G.; Li, F.; Louis, J.; Mangin, A.; Pahlevan, N.; Pflug, B.; Vanhellemont, Q. Atmospheric Correction Inter-Comparison Exercise. Remote Sens. 2018, 10, 352. https://doi.org/10.3390/rs10020352
  10. Waldner F., Schucknecht A., Lesiv M., Gallego J., See L., Pérez-Hoyos A., d’Andrimont R., de Maet T., Laso Bayas J.C., Fritz S., Leo O., Kerdiles H., Díez M., Van Tricht K., Gilliams S., Shelestov A., Lavreniuk M., Simões M., Ferraz R., Bellón B., Bégué A., Hazeu, G., Stonacek V., Kolomaznik J., Misurec J., Veron S.R., De Abelleyra D., Plotnikov D.E., Mingyong L., Singha M., Patil P., Zhang Y., Defourny, Р. Conflation of expert and crowd reference data to validate global binary thematic maps // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 221. P. 235–246. DOI: 10.1016/j.rse.2018.10.039.
  11. Плотников Д.Е., Колбудаев П.А., Лупян Е.А. Автоматический метод субпиксельной географической привязки спутниковых изображений КМСС-М на основе актуализируемого эталона низкого пространственного разрешения // Компьютерная оптика. 2022. Т. 46, № 5. С. 818-827. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1098.
  12. Лупян Е.А., Середа И.И., Денисов П.В., Трошко К.А., Плотников Д.Е., Толпин В.А. Дистанционный мониторинг состояния озимых культур зимой 2020-2021гг. на Европейской территории России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 1. С. 165-172. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-1-165-172.
  13. Плотников Д.Е., Хвостиков С.А., Барталев С.А. Метод автоматического распознавания сельскохозяйственных культур на основе спутниковых данных и имитационной модели развития растений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 131-141. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-131-141.
  14. Гаврилюк Е.А., Плотникова А.С., Плотников Д.Е. Картографирование наземных экосистем Печоро-Илычского заповедника и его окрестностей на основе восстановленных мультивременных спутниковых данных Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 5. С. 141-153. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-5-141-153.
  15. Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Балашов И.В., Барталев С.А., Ефремов В.Ю., Кашницкий А.В., Мазуров А.А., Матвеев А.М., Суднева О.А., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Центр коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 263-284.

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Плотников Д.Е., Колбудаев П.А., Матвеев А.М., Прошин А.А., Лупян Е.А. Технология оперативного построения и результаты оценки продуктов КМСС уровня L2A для решения задач оперативного мониторинга растительного покрова России // Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2022. C. 108. DOI 10.21046/20DZZconf-2022a

Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга

108