Развитие подходов картографирования использования сельскохозяйственных земель

В 2021 г. проводились работы по развитию автоматических методов и технологий обработки спутниковых данных для картографирования различных категорий сельскохозяйственных земель России: пашни (в том числе земель, занятых озимыми и яровыми культурами, а также чистым паром), залежи, сенокосов и пастбищ.
На начальном этапе был подготовлен актуализированный архив спутниковых данных среднего и высокого пространственного разрешения для территории России по состоянию как на 2021 г., так и на предшествующие годы. Предварительная обработка данных спутниковых наблюдений России за 2021 г. позволила сформировать безоблачные непрерывные временные ряды данных, характеризующие сезонную динамику спектрально-отражательных свойств сельскохозяйственных земель, которые были использованы в автоматических алгоритмах распознавания типов землепользования, пахотных земель, посевных площадей и чистого пара. В частности, на этом этапе были получены безоблачные ежедневные изображения в красном и ближнем ИК-диапазонах длин волн, а также вегетационные индексы PVI и NDVI, необходимые для распознавания указанных выше тематических классов.

Далее на основе подготовленных временных серий были сформированы спектрально-временные признаки для автоматического распознавания пахотных земель, групп культур и типов землепользования, которые обеспечили возможность автоматической обработки всей территории России. В рамках подготовки тематических продуктов был задействован метод распознавания пашни, который позволяет осуществлять ежегодное картографирование используемых пахотных земель России на основе спутниковых данных MODIS.

На следующем этапе был применён автоматический алгоритм оперативного выявления категорий культур в весенне-летний период вегетации 2021 г. на основе временных серий спутниковых данных MODIS, использующий, в том числе, результаты картографирования используемых пахотных земель. Созданная в результате работы алгоритма карта содержит тематические классы озимых культур, яровых культур и чистых паров (рисунок 1). Карты озимых и яровых культур построены по состоянию на 30.07.2021 (полное созревание всех озимых в России), чистых паров — по состоянию на конец августа 2021 г.

         
Рисунок 1 — Фрагменты полученных на основе спутниковых данных карт используемых пахотных земель (слева), озимых (в центре) и чистых паров (справа) для 2021 г. мониторинга

Для надёжного распознавания различных категорий землепользования подготовлены построенные на основе спутниковых данных высокого пространственного разрешения вспомогательные тематические картографические продукты о расположении различных типов растительного покрова, включая карты растительного покрова за 2000, 2010 и 2020 гг. наблюдений и карту динамики лесов Восточной Европы начиная с 1985 г. (рисунок 2).

 
Рисунок 2 — Блок-схема подготовки и анализа основанных на спутниковых данных тематических продуктов

 

Спутниковые данные высокого пространственного разрешения 2019–2021 гг. наблюдений были использованы для создания вспомогательного векторного слоя путём автоматизированного выявления границ участков земель сельскохозяйственного назначения.

В результате работы автоматических технологий обеспечено построение тематических карт для классов пашня, озимые, яровые и чистые пары, зележь, сенокосы и пастбища.
На последнем этапе проведена автоматическая верификация указанных классов. Извлечённые из тематических карт и присвоенные объектам сельскохозяйственных земель классы были уточнены с использованием восстановленных временных серий спутниковых индикаторов с опорой на вспомогательные векторные слои границ объектов на всю территорию России.