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

1. 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.
2. 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.
3. Развитие системы сбора спутниковых данных для повышения уровня ее автоматизации и обеспечения возможности работы с данными перспективных (в том числе российских) спутниковых систем.
4. 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).
5. 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.
6. Развитие метода спутникового картографирования пахотных земель на основе комплексного использования данных различного пространственного и временного разрешения.
7. 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.
8. Разработка метода дистанционной оценки состояния сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе многолетних рядов спутниковых данных.
9. Разработка метода прогнозирования урожайности основных культур (категорий культур) на основе комплексирования дистанционных индикаторов и биофизического моделирования развития сельскохозяйственной растительности.

Основные результаты проекта

Этап 1:

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.
2. Проведены патентные исследования.
3. Разработана структура экспериментального стенда (веб-сервис спутникового мониторинга сельского хозяйства VEGA-GEOGLAM).
4. Проведен анализ информативности данных российских спутниковых систем и возможности их использования для картографирования пахотных земель и распознавания сельскохозяйственных культур.
5. Проведен анализ особенностей использования технологий дистанционного зондирования для проведения мониторинга сельского хозяйства на территории Северной Евразии (в первую стран ЕАЭС).
6. Заключено соглашение о сотрудничестве с иностранным партнером о выполнении совместного проекта.

Отчет этап 1, отчет ч.1; отчет ч.2

Этап 2:

1. 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
2. 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.
3. 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:

1. Разработан метод картографирования посевов основных сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе временных рядов спутниковых данных в Регионе проекта.
2. Разработан метод дистанционной оценки состояния сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе многолетних рядов спутниковых данных в Регионе проекта.
3. Разработан метод прогнозирования урожайности основных культур (категорий культур) на основе комплексирования дистанционных индикаторов и биофизического моделирования развития сельскохозяйственной растительности в Регионе проекта.
4. 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
5. 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.
6. Проведены работы по верификации в рамках проекта SIGMA создаваемых методов картографирования посевов основных сельскохозяйственных культур (категорий культур) на основе временных рядов спутниковых данных.
7. 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.
8. 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.
9. Организованы и проведены 14 мероприятий по информированию международной общественности о работах, выполняемых в рамках настоящего проекта и проекта SIGMA.

Отчет Этап 4, Отчет