Мониторинг ночных судовых огней по данным VIIRS

C 70-х годов прошлого века известно, что при помощи высокочувствительных сенсоров, размещенных на спутниках, можно обнаруживать яркие судовые огни в ночное время суток (Croft, 1978) . В большинстве случаев речь идет о рыболовных судах, использующих свет для привлечения рыбы. Кроме того недавнее исследование (Straka et al. 2015) показало, что использование спутниковых данных позволяет обнаруживать бортовые огни и других судов, что в свою очередь имеет большое значение для рыболовной промышленности (Cho et al. 1999; Waluda et al. 2004, Kiyofuji et al. 2004; Zhang et al., 2013). Но, несмотря на это, до сих пор не существовало автоматического алгоритма детектирования судов по спутниковым данным.
Первой системой, которая могла быть использована для глобального мониторинга судовых огней, был сенсор OLS, установленный на метеорологических спутниках DMSP. Национальный центр геофизических данных США (NGDC) будучи главным центром сбора и сервировки данных DMSP, создал ряд сервисов передачи данных OLS с трехчасовой задержкой рыболовным агентствам Японии, Кореи, Таиланда и Перу.
Запуск спутника Suomi NPP в 2011 году ознаменовал новую эру в области спутниковой съемки в ночное время суток (Elvidge et al., 2013; Miller et al., 2013). Основным сенсором на спутнике NPP является мультиспектральная камера видимого и инфракрасных (ИК) диапазонов с шириной охвата 3000 км. Сенсор VIIRS имеет существенные технические преимущества перед OLS: учетверенное разрешение 750 м на пиксель, динамический диапазон увеличен с 6 до 14 бит, постоянную радиометрическую калибровку, а также наличие дополнительных спектральных диапазонов, полезных для определения характеристик облаков, океана и источников горения.
Сенсор VIIRS способен обнаружить гораздо больше судов по их бортовым огням по сравнению с DMSP, но в то же время объем данных, собираемых VIIRS за один пролет над регионом, превышает объем данных DMSP, собранных за один пролет над тем же регионом, более чем в 200 раз. Лавинообразное увеличение объема данных стало основным препятствием к использованию данных VIIRS для обнаружения рыболовных судов промысловыми агентствами и другими организациями. Для решения этой проблемы была разработана автоматическая система детектирования ночных судовых огней по данным VIIRS. В докладе представлены ключевые моменты данной системы: хранилище данных, алгоритм, программная реализация и ее оптимизация, экологические приложения.
Работа выполнялась при поддержке Минобрнауки России (Государственный контракт 14.607.21.0165, уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI60716X0165)

1. Cho K., Ito R., Shimoda H., Sakata T. Fishing fleet lights and sea surface temperature distribution observed by DMSP/OLS sensor // Int. J. Remote Sens. 1999. Vol. 20. P. 3–9.
2. Croft T.A. Nighttime Images of the Earth from Space // Sci. Am. 1978. Vol. 239. P 86–98.
3. Elvidge C.D., Baugh K.E., Zhizhin M., Hsu F.C. Why VIIRS data are superior to DMSP for mapping nighttime lights // Proc. Asia-Pac. Adv. Netw. 2013. Vol. 35. P. 62–69.
4. Kiyofuji H., Saitoh S. Use of nighttime visible images to detect Japanese common squid Todarodes pacificus fishing areas and potential migration routes in the Sea of Japan // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2004. Vol. 276. P. 173–186.
5. Miller S.D., Straka W. III, Mills S.P., Elvidge C.D., Lee T.F., Solbrig J., Walther A., Heidinger A.K., Weiss S.C. Illuminating the Capabilities of the Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) Day/Night Band // Remote Sens. 2013. Vol. 5. P. 6717–6766.
6. Straka W.C. III, Seaman C.J., Baugh K., Cole K., Stevens E., Miller S.D. Utilization of the Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) day/night band for Arctic ship tracking and fisheries management // Remote Sens. 2015. Vol. 7. P. 971–989.
7. Waluda C.M., Yamashiro C., Elvidge C.D., Hobson V.R., Rodhouse P.G. Quantifying light-fishing for Dosidicus gigas in the eastern Pacific using satellite remote sensing // Remote Sens. Environ. 2004. Vol. 91. P. 129–133.
8. Zhang X., Saitoh S.-I., Hirawake T., Nakada S., Koyamada K., Awaji T., Ishikawa Y., Igarashi H. An attempt of dissemination of potential fishing zones prediction map of Japanese common squid in the coastal water, southwestern Hokkaido, Japan // Proc. Asia-Pac. Adv. Netw. 2013. Vol. 36. P. 132–141.