Создание системы для распределенной работы с данными альтиметрии в интересах мониторинга внутренних водоёмов

Уровень воды — важный параметр, позволяющий оценивать запасы воды в водоёмах, что особенно критично в регионах, подверженных засухам и наводнениям. Для его контроля применяются различные системы мониторинга уровня воды, которые позволяют регулярно получать и аккумулировать результаты измерений уровня воды для анализа динамики запасов пресной воды, а также оценивать риски и последствия различных сезонных и чрезвычайных явлений.

Основными источниками данных для таких систем мониторинга являются наземные и дистанционные измерения, причём наземные в последнее время всё больше и больше уступают дистанционным по доступности. Дистанционные методы позволяют получать информацию об уровне воды даже посредством измерений в видимом и ИК-диапазонах), но классическим способом остаётся радарная альтиметрия.

Для работы с такими данными, в первую очередь с данными прибора SRAL КА Sentinel-3, в составе ЦКП «ИКИ-Мониторинг была реализована система сбора, обработки и агрегации данных для мониторинга внутренних водоёмов. В рамках этой системы для наблюдаемых водоёмов автоматизированно создаются сети космических гидропостов (КГП) и для каждого гидропоста рассчитывается временной ряд измерений на всю глубину архива. Следующим шагом в развитии этой системы стало создание и внедрение инструментария работы с данными альтиметрии в составе картографического интерфейса системы «Вега-Science».
Интерфейс позволяет визуализировать созданные сети КГП (рисунок 1), для каждого КГП строить графики хода временных рядов измерений (рисунок 2) и, что особенно важно, проводить совместный анализ накопленных измерений с другими данными, как картографическими, так и спутниковыми (рисунки 3–5), а также применять различные инструменты системы «Вега-Science» для анализа выбранных данных (рисунок 5).

 
Рисунок 1 — Сети КГП для реки Амур (слева) и реки Днепр (справа)

 
Рисунок 2 — Временные ряды наблюдений уровня воды на КГП №1_66709 (слева) и №20_66581 (справа)

 
Рисунок 3 — Изменение уровня воды по данным альтиметрии на КГП № 1_66709 реки Днепр, сопоставленное с оптическими спутниковыми снимками за даты проведения наблюдений с помощью альтиметрии
 

Рисунок 4 — Изменение уровня воды по данным альтиметрии на КГП № 1_66709 реки Днепр, сопоставленное с оптическими спутниковыми снимками (перерасчет в NDVI) за даты проведения наблюдений с помощью альтиметрии
 

Рисунок 5 — Изменение уровня воды по данным альтиметрии на КГП № 4_66851 реки Днепр, сопоставленное с радиолокационными спутниковыми данными за даты проведения наблюдений, с выделенной площадью поверхности водоёма в границах КГП №4_66851

Возможности совместного анализа данных альтиметрии с другими источниками информации широки. На рисунках 3–4 приведен пример анализа изменений уровня воды на КГП, расположенном выше по течению реки Днепр от Каховской ГЭС, совместно с данными спутниковых снимков за период наблюдения с января по август 2023 г.
На рисунке5 приведен пример анализа изменения уровня воды на КГП, расположенном ниже по течению реки Днепр от Каховской ГЭС, совместно с данными спутниковых снимков за аналогичный период. Также на данном рисунке продемонстрированы возможности подготовленного инструментария, а именно классификации спутниковых данных с автоматическим вычислением площади интересующего класса. На рисунке желтый цвет соответствует классу, определенному как водная поверхность. Под фрагментами изображений приведена