Сравнение масок водной поверхности, полученных по радарным и оптическим данным

Целью данного исследования является проведение сравнительного анализа результатов выделения водной поверхности по радарным и оптическим данным, для того, чтобы в дальнейшем нивелировать разницу между получаемыми результатами и для их лучшей согласованности в рамках мониторинга.
Для проведения данного исследования были использованы, находящиеся в открытом доступе, оптические Sentinel-2 и радарные снимки Sentinel-1 C-диапазона с двойной поляризацией (VV+VH) за 2017 год на одну и ту же дату в районе бассейна реки Ишим. Для того, чтобы результаты были сопоставимы оба снимка были приведены к единому пространственному разрешению 20 метров. Все работы по предварительной обработке и получению масок водной поверхности проводились в свободно распространяемом программном обеспечении SNAP (The Sentinel Application Platform).
Процесс выделения водной поверхности по оптическим данным базируется на пороговом алгоритме классификации, в котором задействованы вегетационный, водный и влажностный индексы, что позволяет ее с более высокой вероятностью. Выделение водной поверхности на радарных снимках также базируется на пороговом алгоритме ввиду того, что данный алгоритм наиболее удобен при проведении оперативного мониторинга. Обычно используется VV поляризация, но иногда наличие существенных помех затрудняет ее детектирование. В таких случаях используется VH поляризация.
Сравнительный анализ полученных масок заключался как в анализе масок водной поверхности, полученных по оптическим и радарным данным, так и в сравнении их площадных характеристик. По результатам анализа можно сказать следующее. В разрезе объектов, маски зон водных поверхностей полученные по радарным и оптическим данным качественно идентичны. При сравнении площадных характеристик стабильно водные поверхности, полученных по оптическим данным, всегда больше. Это обусловлено несколькими причинами.
Главной из них является большое количество спекл шума, присутствующего на радарном снимке и не всегда убирающимся посредством фильтрации и остальных преобразований на этапе предварительной обработки. Другой причиной, вносящей вклад в разницу площадей, является то, что значительная часть объектов, частично находящихся в воде и возвышающихся над ее поверхностью не выделяется на оптических снимках и в то же время выделяется на радарных снимках и не входит в их маску воды. Такими, наиболее часто встречающимися, объектами для данной территории оказались пойменная растительность, произрастающая вдоль поймы реки Ишим, а также частные дома в районе города Петропавловск.
Проведение данного сравнения позволило не только лучше увязать результаты оперативного мониторинга, при проведении которого используются обычно разнородные данные, но и выделять отдельными классами затопленные природные и антропогенные объекты даже при отсутствии соответствующих топографических данных. Помимо этого проведен анализ разницы возникающей при создании масок воды по оптическим и радарным данным. Это в дальнейшем позволит учесть эту разницу в автоматическом режиме.