Распознавание пахотных земель на основе многолетних спутниковых данных спектрорадиометра MODIS и локально-адаптивной классификации
Барталёв С.А., Егоров В.А., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Уваров И.А.

Аннотация:
Разработан метод распознавания пахотных земель на основе многолетних временных рядов данных дистанционного зондирования Земли, получаемых спектрорадиометром MODIS со спутников Terra и Aqua. Метод предполагает вычисление по спутниковым данным набора признаков распознавания, учитывающих особенности сезонной и межгодовой динамики спектрально-отражательных характеристик используемых пахотных земель, отличающих их от других категорий сельскохозяйственных угодий и естественной растительности. Выявление пахотных земель выполняется с использованием алгоритма локально-адаптивной обучаемой классификации, учитывающей пространственную вариабельность значений признаков распознавания.
Использование метода позволило создать карту пахотных земель для всей территории России. Валидация полученной карты, выполненная на основе оптимума Парето с использованием опорных данных для тестового региона, позволила оценить точность метода и возможности его дальнейшего улучшения.

Abstract:
The arable lands recognition method is developed based on multi-annual time-series of remote sensing data acquired by spectroradiometer MODIS on board of Terra and Aqua satellites. The method involves producing of the recognition features set, which exploits differences of seasonal and inter-annual changes of spectral reflectance for arable lands on one hand and other types of agricultural lands and natural vegetation on another hand. The arable lands recognition utilizes the locally-adaptive supervised classification algorithm, which accounts the spatial variability of the considered features for classes to be discriminated.
The developed method has been applied to produce the arable lands map for entire Russia. The arable lands map validation based on Pareto optimum approach and reference data has been performed for the test region in order to estimate the method’s accuracy and potential for its further enhancement.

Ключевые слова :
дистанционное зондирование, спутниковая спектрорадиометрия, признаки распознавания, обучаемая классификация, мониторинг сельскохозяйственных земель.

Key words:
remote sensing, satellite spectroradiometer, supervised classification, recognition features, agricultural lands monitoring.

Литература:

  1. Cihlar, J. Classification by progressive generalization: a new automated methodology for remote-sensing multi-channel data. / J. Cihlar, Q. Xiao, J. Beaubien, K. Fung,  R.Latifovic // International Journal of Remote Sensing. – 1998. – V.19. – P.2685-2704.
  2. Дейвис, Ш.М. Дистанционное зондирование: количественный подход / Ш.М. Дейвис, Д.А. Ландгребе, Т.Л. Филипс; пер. с англ. - М.: Недра, 1983. – 415 с.
  3. Уваров, И.А. Алгоритм и программный комплекс распознавания типов земного покрова на основе локально-адаптивной обучаемой классификации спутниковых изображений / И.А. Уваров, С.А. Барталёв // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов: сб. научных статей. - М: ООО «ДоМира», 2010. – Т.7, № 1. – С.353-365.
  4. Лупян, Е.А. Технологии спутникового мониторинга в сельском хозяйстве России / Е.А. Лупян, С.А. Бар­талёв , И.Ю. Савин // Аэрокосмический курьер. – 2009. – № 6. – С.47-49.
  5. Барталёв, С.А. Классификация некоторых типов сельскохозяйственных посевов в южных регионах России по спутниковым данным MODIS / С.А. Барталёв, Е.А. Лупян, И.А. Нейштадт, И.Ю. Са­вин // Исследование Земли из космоса. – 2006. – №3. – С.68-75.
  6. Барталёв, С.А. Метод выявления используемых пахотных земель по данным дистанционного зондирования со спутников / С.А. Барталёв, Е.А. Лупян, И.А. Нейштадт // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов: сб. научных статей. - М.: ООО «Азбука-2000». - 2006. – В. 3. - Т.2. – С.271-280.
  7. Плотников, Д.Е. Признаки распознавания пахотных земель на основе многолетних рядов данных спутникового спектрорадиометра MODIS / Д.Е. Плотников, С.А. Барталёв , Е.А. Лупян  // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов: сб. науч. статей. - М: ООО «ДоМира», 2010. – Т.7. № 1. – С.330-341.
  8. Нейштадт, И.А. Построение безоблачных композитных спутниковых изображений MODIS для мониторинга растительности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: сб. науч. статей. - М.: «Азбука-2000», 2006. – Т. 2. – С. 359-365.
  9. Keeney, R.L. Decisions with multiple objectives: Preferences and value tradeoffs. - New York: Wiley, 1976.
  10. Boschetti, L. Analysis of the conflict between omission and commission in low spatial resolution dichotomic thematic products: The Pareto Boundary / L. Boschetti, P.F. Stéphane, A.B. Pietro // Remote Sensing of Environment. - 2004 – Vol. 91. – P. 280-292.

References:

  1. Cihlar, J. Classification by progressive generalization: a new automated methodology for remote-sensing multi-channel data. / Cihlar J., Xiao Q., Beaubien J., Fung K., Latifovic R. // International Journal of Remote Sensing. – 1998. – V.19. – P.2685-2704.
  2. Davis, S.M. Remote sensing: the quantitative approach / Davis S.M., Landgrebe D.A., Phillips T.L. // Moscow, Nedra, - 1983. – 415 p.
  3. Uvarov, I.A. Algorithm and a software package for vegetation types locally-adaptive supervised classification / Uvarov I.A., Bartalev S.A. // Contemporary problems of Earth remote sensing: Physical basics, methods and technologies of environmental and hazardous phenomena monitoring. Scientific papers compilation. M.: - “Domira”, - 2010. – V.7, - №1. – P.353-365.
  4. Loupian, E.A. The remote sensing technologies for agricultural monitoring of Russia / Loupian E.A., Bartalev S.A., Savin I.U. // Aerospace Courier. – 2009. - №6. – P.47-49.
  5. Bartalev, S.A. Several crops detection using MODIS in the South of Russia / Bartalev S.A., Loupian E.A., Neishtadt I.A., Savin I.U. // Issledovanie Zemli iz kosmosa. – 2006. – №3. – P.68-75.
  6. Bartalev, S.A. Arable lands detection method based on remote sensing data. / Bartalev S.A., Loupian E.A., Neishtadt I.A. // Contemporary problems of Earth remote sensing: Physical basics, methods and technologies of environmental and hazardous phenomena monitoring. Scientific papers compilation. M.: - «Azbuka-2000», - 2006. – Issue 3. - V.2. – P.271-280.
  7. Plotnikov, D.E. The recognition features to map arable lands based on multi-annual MODIS Earth observation data. / Plotnikov D.E., Bartalev S.A., Loupian E.A. // Contemporary problems of Earth remote sensing: Physical basics, methods and technologies of environmental and hazardous phenomena monitoring. Scientific papers compilation. M.: - “Domira”, - 2010. – V.7, - №1. – P.330-341.
  8. Neishtadt, I.A. Method of cloudless MODIS images creation for vegetation monitoring // Contemporary problems of Earth remote sensing. Scientific papers compilation. M.: - «Azbuka-2000», - 2006. – V.2. – P.359-365.
  9. Keeney, R.L. Decisions with multiple objectives: Preferences and value tradeoffs / New York: - Wiley, - 1976.
  10. Boschetti, L. Analysis of the conflict between omission and commission in low spatial resolution dichotomic thematic products: The Pareto Boundary / Boschetti L., Stéphane P.F., Pietro A.B. // Remote Sensing of Environment, - 2004 – Vol. 91. – P. 280-292.
© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 332-56-22, факс: +7 (846) 332-56-20