Разработка автоматизированного метода поиска загрязнений на водной поверхности на основании анализа космических оптических многоспектральных изображений

В морскую среду постоянно поступает большое количество загрязняющих веществ, как естественного, так и антропогенного происхождения, в том числе углеводородов и глубинных стоков. В связи с этим необходимо проводить мониторинг морских акваторий и, прежде всего, их прибрежный участков, характеризующихся интенсивной хозяйственной деятельностью. Для решения задач мониторинга морской среды и получения данных о различного типа загрязнениях акваторий целесообразно применять данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), в том числе космические оптические изображения [1-3]. Основными преимуществами космических оптических изображений перед другими типами данных являются возможность их получения в труднодоступных участках с высоким пространственным разрешением, возможность использования различных спектральных диапазонов, одновременного охвата больших площадей и др. [2].
В данной работе представлены результаты обнаружения нефтезагрязненных участков Чёрного моря у российского побережья, полученные путём обработки космических изображений, принятых со спутников с оптической многоспектральной аппаратурой (Landsat-7/8, Sentinel-2A/B, промежуток исследования – с марта 2017 года по август 2018 года).

При выполнении исследования на космических изображениях выполнялся поиск участков водной поверхности, характеризующихся аномальной кривой спектральной отражающей способности, отличающейся от фоновой в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. При обнаружении таких участков выполнялось их дополнительное исследование, в том числе определялся характер отличия спектра аномалии от спектра фоновой водной поверхности, пространственная форма, размеры аномального участка, его приуроченность к потенциальным источникам загрязнений и др., на основании чего делался вывод о происхождении аномалии. В качестве вспомогательных методов работы с изображениями применялась контролируемая и неконтролируемая классификации, пороговая обработка, расчёт спектральных индексов [1,4,5]. Комплексный анализ данных выполнялся в геоинформационном проекте с использованием программной среды QGIS.
В ходе исследования в результате обработки космических оптических изображений были выявлены характерные особенности отличия кривых спектральной отражающей способности загрязнённой водной поверхности (для случая с углеводородами и для случая с глубинными стоками) от кривых спектральной отражающей способности фоновых участков. Выявленные особенности планируется использовать для повышения степени автоматизации процессов выявления загрязнений водной поверхности по космическим многоспектральным изображениям.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57716X0234).