Применение технологий спутникового мониторинга для решения задач современного ведения интенсивного виноградарства в Республике Крым

Виноградарство является одной из важнейших отраслей сельского хозяйства Крыма. Однако эффективным оно может быть только при правильном размещении виноградников в благоприятных для них почвенно-климатических условиях, а также своевременном проведении операций по уходу за насаждениями. Эти задачи связаны с анализом состояния насаждений на больших территориях и оперативным контролем над процессами роста и развития растений.
Использование современных методик дистанционного зондирования Земли позволяет получать объективную информацию о различных объектах и явлениях одновременно на больших территориях. В настоящее время эти возможности широко используются при выращивании полевых культур для диагностики их состояния и оценки степени повреждения при неблагоприятных погодных явлениях.
Однако виноград является многолетней культурой, что вносит свои особенности при его изучении методами ДЗЗ. В этом случае, необходимо создавать специальные информационные технологии мониторинга таких объектов, которые, должны опираться на однородные по времени и пространству ряды наблюдений. Располагая временными рядами наземных и дистанционных наблюдений, возможно установить зависимости между хозяйственно важными параметрами виноградных насаждений и их спектральными характеристиками. Это позволит минимизировать необходимость наземных наблюдений и в полной мере использовать такие преимущества дистанционного зондирования Земли, как глобальность зоны наблюдений, объективность получаемой информации, высокая повторяемость и воспроизводимость.
Разработка алгоритма идентификации виноградников на спутниковых снимках и оценки их хозяйственно-биологических характеристик позволит значительно облегчить работы по инвентаризации насаждений, созданию и ведению реестра виноградников Республики Крым, а также прогнозирования урожая и своевременному планированию агротехнологических мероприятий, предотвращающих его потери.
Для эффективного выделения виноградных насаждений на спутниковых снимках и отделения их от других культур и объектов большое значение имеет выбор оптимальной методики классификации спутниковых снимков, а также установлении наиболее благоприятной даты съёмки и выбора спектральных диапазонов. В течение последних десятилетий были разработаны различные новые методы анализа спутниковых данных, в том числе обеспечивающие возможность анализа временных рабов наблюдений. Также разработаны информационный системы обеспечивающие возможность распределенного анализа информации. Достигнутый прогресс в развитии технологий спутникового мониторинга позволил нам начать проект по изучению возможностей и разработке научных основ технологии дистанционного мониторинга виноградников Республики Крым.
Для работы со спутниковыми данными нами используется разработанный в ИКИ РАН спутниковый сервис ВЕГА, обеспечивающий возможности выявления и анализа изменений в растительном покрове, а также позволяющий получать информацию о состоянии и динамике сельскохозяйственных земель, оценивать ход сезонного развития культур для оперативного выявления их повреждений и гибели под воздействием неблагоприятных факторов, а также для прогнозирования урожая. В настоящее время осуществляется адаптирование данных технологий для решения задач исследования виноградников.
Разработка методики мониторинга виноградников ведётся с использованием накопленного начиная с 1999 г. архива спутниковых данных, полученных сенсорами SAR (ЕRS-1,2), ASAR (Еnvisat), MODIS (Terra/Aqua), MERIS (Envisat), ТМ (Landsat 4), ETM+ (Landsat 5,7,) OLI (Landsat 8), Huperion (EOS-1), КМСС (Метеор М), Канопус-В, а также результатов их тематической обработки. Оценка достоверности полученной при анализе спутниковых снимков информации на стадии отработки оптимальных методик и алгоритмов проводится на основе архивов ННИИВиВ «Магарач» с информацией о примерно 1000 виноградниках, Южного берега Крыма (границы, возраст и сорт, схема посадки); данных по урожайности винограда в хозяйствах Южного берега Крыма с 1958 по 2012 гг., а также на тестовых участках; метеоданных за 1982-2015 гг. по 15 метеостанциям Крыма; цифровых растровых карт рельефа и климата территории Крыма; векторной карты почв Крыма.
Объединение опыта и методик, имеющихся в ИКИ РАН и ННИИВиВ «Магарач» дает уникальную возможность для разработки новой информационной технологии дистанционного исследования и мониторинга состояния виноградников. Это также позволяет на основе уже имеющихся заделов и инфраструктуры создать действующий макет специализированной информационной системы, обеспечивающей возможность проведения автоматизированного и интерактивного анализа спутниковых данных для оценки состояния виноградников и исследования их особенностей и динамики.
Работа выполнена при поддержке РФФИ проект 15-07-05564