CC BY
30
УДК 528.88
РАСПОЗНАВАНИЕ ПАХОТНЫХ ЗЕМЕЛЬ
НА ОСНОВЕ СЕЗОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК
РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
Екатерина Николаевна Кулик
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-08-66, e-mail: e.n.kulik@ssga.ru
Елена Юрьевна Сахарова
Сибирский центр ФГБУ «НИЦ «Планета», 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Советская, 30, младший научный сотрудник, тел. (383)222-33-07, e-mail: elena.saharova27@gmail.com
При решении задач сельскохозяйственного производства часто возникает необходимость определения интенсивности и характера использования земель. Анализ сезонной изменчивости характеристик растительного покрова может использоваться в качестве вспомогательной информации при распознавании пахотных земель по спутниковым данным.
Ключевые слова: дешифрирование снимков, классификация изображений, региональный мониторинг земель сельскохозяйственного назначения.
ARABLE LANDS RECOGNITION ON THE BASIS OF SEASONAL VARIABILITY OF VEGETATION COVER CHARACTERISTICS
Ekaterina N. Kulik
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor Department of Photogrammetry and Remote Sensing, phone: (913)926-82-57, e-mail: e.n.kulik@ssga.ru
Elena Yu. Sakharova
Siberian Center FGBU «SRC «Planeta», 30, Sovetskaya St., Novosibirsk, 630099, Russia, Junior Researcher, phone: (383)222-33-07, e-mail: elena.saharova27@gmail.com
Need of determination of intensity and the nature of use of lands arises at problem solving of agricultural production. The analysis of seasonal variability of vegetable cover characteristics can be used as auxiliary information at a discernment of arable lands on satellite data.
Key words: image interpretation, image classification, regional monitoring of agricultural
land.
Достоверность спутникового мониторинга земель сельскохозяйственного назначения обеспечивается за счет привлечения разнообразной вспомогательной исходной информации, к которой можно отнести: данные о расположении сельскохозяйственных земель, интенсивность их использования, характер обработки земель, типы выращиваемых культур и пр. Для обеспечения спутникового мониторинга земель на региональном уровне при картографировании сельскохозяйственных земель применяются многозональные космические снимки как низкого, так и среднего пространственного разрешения. Среди дан-
ных среднего пространственного разрешения наиболее распространенными являются мультиспектральные данные спутника Landsat, обеспечивающие съемку территории с достаточным пространственным и временным разрешением, высокой оперативностью получения информации, а так же возможностью выполнения ретроспективного анализа данных [1, 2].
Большая изменчивость отражательных характеристик сельскохозяйственных земель на протяжении ряда лет связана с обеспечением севооборота на полях, то есть систематизированного чередования возделываемых культур и паровых полей. Информация о сезонном изменении характеристик растительного покрова может быть использована при распознавании пахотных земель по данным спутниковой съемки. К данной информации можно отнести резкий спад значений индекса вегетации на исследуемой территории, характерный для появления открытого почвенного покрова вследствие проведения вспашки полей. Высокая интенсивность обработки земли приводит к увеличению частоты появления открытого почвенного покрова [3]. Индикатором свежевспаханной почвы на снимке с рассчитанным значением индекса NDVI служит значение от 0,18 до 0,25, которое постепенно увеличивается по мере появления всходов растительности. Для реализации распознавания пахотных земель по спутниковым данным, в первую очередь, необходимо выявить временной промежуток, в котором наиболее часто встречается открытая почва. По материалам оперативной обработки спутниковых данных низкого пространственного разрешения Terra в течение вегетационного периода на тестовых участках ряда сельскохозяйственных предприятий Новосибирской области были проведены измерения индексов NDVI за четыре года. На основе анализа сезонного хода индекса NDVI были выявлены общие периоды и интервалы значений NDVI, характерные для проведения вспашки земель. В таблице приведены данные, представляющие интервалы значений индексов вегетации, обобщенные за четыре года исследования территории. Основываясь на данных материалах, по наиболее информативным временным промежуткам выполняется подбор спутниковых данных Landsat для проведения классификации снимков с целью выявления обрабатываемых пахотных земель.
Временной период спада значений NDVI по данным Terra
Временной период 22-27 мая 4-8 июня 21-30 июня 11-22 июля 3-8 августа
Интервал значений NDVI 0,20-0,30 0,25-0,35 0,28-0,45 0,28-0,40 0,25-0,40
В качестве основного параметра при классификации спутниковых данных используется значение индекса КОУ1. Однако, указанным в таблице интервалам значений КОУ1, помимо пахотных территорий соответствуют отдельные элементы дорожной сети, населенных пунктов, облачности. Для повышения достоверности выполнения классификации спутниковых изображений необходимо на основе использования соответствующих индексных вычислений исключить из обработки водные объекты, участки, покрытые снегом и облач-
ность. Постклассификационная обработка полученных результатов содержит исключение одиночных пикселей и объединение смежных классифицированных областей [4]. После этого к результатам классификации применяется ряд пороговых критериев отбора, таких как размер, округлость и протяженность площадного объекта. На рисунке представлен фрагмент обработанного снимка Landsat, на котором выделены пахотные земли и участки изображения, не соответствующие заданным параметрам отбора.
При наличии нескольких разновременных снимков на одну и ту же территорию после векторизации полученных результатов пространственные объекты, соответствующие пахотным сельскохозяйственным угодьям, объединяются, накапливая единый массив. Земли сельскохозяйственного назначения считаются брошенными при условии, что они не подвергались обработке более трех лет. При этом первые годы вывода земель из сельскохозяйственного оборота сопровождаются зарастанием полей сорными травами. В последующие годы помимо разнообразных трав поля также зарастают древесно-кустарниковой растительностью [5]. Поэтому для более полного и точного определения пахотных земель на заданной территории целесообразно выполнить обработку снимков не за один, а за ряд лет, например, за три года.
1. Спутниковый мониторинг состояния посевов зерновых культур с использованием индекса вегетации / Е. Ю. Сахарова, Л. А. Сладких, Е. Н. Кулик // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. -С. 47-52.
Фрагмент обработанного снимка Landsat
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
2. Иванов, М. А. Методические аспекты картографирования типов землепользования по данным космической съемки [Текст] / М. А. Иванов // География и регион : материалы междунар. науч.-практ. конф. (23-25 сентября 2015 г.) : в 6 т. / Перм. гос. нац. исслед. ун-т. -Пермь, 2015. - Т. IV. Гидрометеорология. Картография и геоинформатика. - С. 203-208.
3. Рухович, Д. Измерение интенсивности землепользования пахотных земель [Текст] / Д. Рухович // Земля из космоса. - 2016. - № 7 (23). - С. 22-30.
4. Чабан, Л. Н. Автоматизированная обработка аэрокосмической информации при картографировании геопространственных данных : учебное пособие [Текст] / Л. Н. Чабан / - М.: МИИГАиК, 2013. - 96 с.
5. Терехин, Э.А. Оценка спектрально-отражательных свойств залежных земель с использованием спутниковых данных [Текст] / Э. А. Терехин // Научные ведомости БелГУ. -Серия: Естественные науки. - 2017. - №4 (253). - Выпуск 38. - С. 161-168.
© Е. Н. Кулик, Е. Ю. Сахарова, 2018
