Космический мониторинг широко применяется для решения широкого круга задач сельского хозяйства во всем мире. Спутниковые снимки земной поверхности, сделанные в различных диапазонах электромагнитного спектра, позволяют оперативно, с необходимой периодичностью, получать наглядную информацию о сельскохозяйственных угодьях без выполнения наземных наблюдений или с их выполнением лишь на небольшом эталонном участке. При этом информация, заверенная наземными наблюдениями на эталонном участке, экстраполируется затем на всю площадь снимка.
Обзор проблемы
Препятствием для регулярного космического мониторинга в оптическом диапазоне может стать облачность, в связи с чем оптические снимки могут быть дополнены, а в некоторых случаях и заменены радиолокационными снимками, просвечивающими облачность и не зависящими от освещенности. Именно на применении радиолокационных съемок для задач сельского хозяйства хотелось бы остановиться подробнее, поскольку эта тема гораздо меньше освещена в отечественной печати, чем применение обычных оптических съемок.
В настоящее время на орбите находится 11 радиолокационных спутников. Возможно осуществить поиск архивных спутниковых радиолокационных снимков на заданный участок или подать запрос на новую целевую съемку, которая проводится в течение нескольких часов.
Далее выполняется необходимая предварительная и тематическая обработка радиолокационных снимков, для этих целей используется программный продукт SARscape (ITT VIS, США).
Перспективным и наиболее экономически эффективным представляется организация на региональном уровне интернет-порталов с ограниченным доступом для подписавшихся абонентов - конкретных сельхозпредприятий и фермерских хозяйств (агрономы, директора и т.д.). Организатором такого регионального портала может выступить, например, минсельхоз или коммерческая структура. На геопортале могут регулярно выкладываться сами космоснимки и результаты их обработки в виде тематических карт, необходимых этим локальным пользователям.
Цена радиолокационного мониторинга зависит от выбранного режима съемки, спутника, снимаемой площади, пространственного разрешения и т.д. Стоимость рассчитывается только для каждого конкретного участка (района, области и т.д.).
Пример мониторинга тестового участка
Рассмотрим конкретный пример космического радиолокационного мониторинга тестового участка средней полосы России. Съемка этого участка была выполнена 6 раз в течение 2010 года со спутника Radarsat-2 (MDA, Канада). Пространственное разрешение снимков – 7 м.
На первом снимке от 24.06.2010 хорошо различаются озимые культуры от яровых. В частности, озимые характеризуются более зелеными оттенками, поскольку именно в зеленом канале находится кросс-поляризация HV, характеризующая объем биомассы. Яровые же характеризуются более красными и коричневыми оттенками, поскольку сигнал в поляризации HH, находящийся в красном канале, просвечивает не плотную растительность и отражается от поверхности земли. Чистый пар характеризуется темно синими оттенками, поскольку ровные поверхности наиболее детально отображаются в поляризации VV, а она в данном композите соответствует синему каналу.
Из всех сельхоз культур наилучшим образом от всех остальных дифференцируется озимая рожь. Особенно интересно, что она очень сильно по типу отражения различается с озимой пшеницей (видимо сорт ржи с очень мощной биомассой или высокими стеблями).
Необрабатываемые земли выделяются грязно-темно-зелеными оттенками.
Знаками вопроса помечены те участки, где наземная информация (карта севооборота) не соответствует снимку.
На радиолокационном снимке от 18.07.2010 отчетливо дешифрируются поля, на которых произошел сбор урожая озимых культур (пшеницы, ржи, ячменя). Это участки, которые на предыдущем снимке от 24.06.2010 характеризовались зелеными оттенками, а на этом снимке выделяются темно синими оттенками, близкими по цвету к чистому пару.
В юго-западной части снимка были также убраны яровая пшеница и яровой ячмень. Участок чистого пара (по наземным данным) в южной части снимка, еще больше усилил зеленый оттенок, что говорит о том, что на самом деле это не чистый пар. Яровой рапс, который на снимке от 24.06.2010 сливался по оттенку с озимой пшеницей (зеленовато-коричневый цвет), теперь – после ее уборки – ярко выделяется светло-голубым цветом, что говорит о том, что его биомасса к 18.07.2010 увеличилась. То же самое можно сказать и о небольшом поле гречихи на западе снимка.
На снимке от 11.08.2010 отчетливо дешифрируются участки, на которых произошла уборка ярового рапса, гречихи и овса (их отражающая способность резко уменьшилась по сравнению с прошлым снимком от 18.07.2010). Темно-синие оттенки многих полей говорят об их подготовке к посеву озимых.
На снимке от 04.09.2010 дешифрируются некоторые участки, на которых, видимо, произошел сев озимых культур, но большинство полей сохранили темно-синий оттенок, характерный для снимка от 11.08.2010, что говорит о том, что поля подготовлены к посеву озимых и ждут своей очереди.
Отметим интересный участок в северо-западной части снимка, помеченный красной стрелкой и обозначенной на карте севооборота как чистый пар. Однако на снимках от 24.06.2010, 18.07.2010, 11.08.2010 и 04.09.2010 заметно, что на этом участке произрастает какая-то культура и достигает к 04.09.2010 максимума биомассы.
На снимке от 28.09.2010 в первую очередь заметны изменения, связанные с увеличением отражающей способности многих полей и с усилением вклада зеленого цвета (т.е. объемного рассеяния), что может говорить о том, что эти поля засеяны озимыми и, возможно, о появлении их всходов (наиболее зеленые поля).
Убрана растительность с поля, обозначенного ранее как чистый пар, но на котором явно что-то произрастало (участок в северо-западной части снимка, помеченный красной стрелкой).
Снимок от 22.10.2010 характеризуется, в основном, увеличением вклада объемного рассеивания (об этом говорит усиление зеленых и коричневых оттенков). Это свидетельствует о дальнейшем появлении и развитии всходов озимых.
Выводы и заключение
Приведенный пример космического радиолокационного мониторинга одного из участков позволяет сделать следующие основные выводы:
- Радиолокационные снимки не зависят от облачности и освещенности, а поэтому могут обеспечить регулярную съемку с необходимой периодичностью любых по площади территорий;
- На радиолокационных снимках конца июня – хорошо разделяются яровые культуры от озимых, а также озимая рожь от озимой пшеницы. Кроме того, выделяются необрабатываемые земли и чистый пар;
- На снимках середины июля – хорошо разделяются рапс и гречиха от яровой пшеницы, также на этом снимке видна уборка урожая озимых;
- На снимках за середину августа видна уборка урожая овса, рапса и гречихи. Также видна подготовка части полей к посеву озимых;
- На снимках начала сентября видна подготовка полей к посеву озимых, а также поля с только что посеянными озимыми;
- На снимках конца сентября заметны работы, связанные с посевом озимых, а также заметны первые всходы озимых;
- На снимках конца октября видны вновь появившиеся всходы озимых, а также развитие ранее появившихся всходов;
- На всех снимках серии видны участки несовпадения карт севооборота с реальной ситуацией, что позволяет уточнять эти карты и проводить мониторинг использования сельхоз земель.
