Методы уменьшения ошибок при выделении водной поверхности по оптическим и радарным данным среднего разрешения

Данные дистанционного зондирования Земли получаемые как с оптических, так и с радарных сенсоров широко используются в настоящее время для мониторинга водных поверхностей. Совместное использование этих данных для мониторинга за водными объектами имеет ряд трудностей вследствие различия результатов выделения водных поверхностей, как на оптических, так и на радиолокационных снимках. Выяснение причин такого различия и разработка методов их устранения позволит значительно увеличить временной ряд однородных данных для мониторинга динамики водной поверхности.
Разработка такой методики проводилась на примере Коксарайского контррегулятора, находящегося на территории Туркестанской области Казахстана. В качестве входных данных использовались радарные снимки Sentinel-1 и оптические снимки Sentinel-2, приведенные к единому пространственному разрешению 20 метров. На первоначальном этапе было проведено дешифрирование оптических и радарных данных, в результате чего были получены маски водных поверхностей для всего ряда наблюдения. Вся обработка была проведена в свободно распространяемом программном обеспечении SNAP (The Sentinel Application Platform).
В результате были получены вектора водной поверхности Коксарайского контррегулятора за сезон 2018 года и соответствующие им площади. Анализ динамики площадей водной поверхности показал, что качественно обе динамики совпадают, однако площади полученные по радарным данным ниже значений полученным по оптическим данным. Это обусловлено тем, что методика выделения водной поверхности по радарным данным зависит прежде всего от типа поверхности и ее диэлектрической проницаемости, что делает его чувствительным ко всем объектам находящимся на поверхности или близко к ней. Тогда как на оптических снимках все это нивелируется и не является препятствием для создания маски воды. Кроме того, за счет конкретных условий радарной съемки появляются ложные водные поверхности в окрестностях исследуемого водного объекта.
Для корректировки радарных данных предлагается использовать оптические снимки с близкими условиями. Для этих целей лучше всего использовать предыдущий безоблачный или малооблачный оптический снимок. Для выбранного оптического снимка рассчитывается индекс влажности почвы, использование которого позволяет откорректировать итоговую маску воды полученную по радарным данным. Также совместный анализ радарных и оптических снимков на уровне объекта позволяет выделить отдельный класс затопленной растительности.
Разработанная методика корректировки радарных данных по оптическим позволяет получить однородный ряд наблюдений, что значительно увеличивает временное разрешение при мониторинге изменения площади водного зеркала как постоянных водных объектов, так и при мониторинге паводков. Особенно это полезно при наблюдении территорий часто закрытых облачным покровом.
Работа выполнена в рамках целевой программы BR05336383 Аэрокосмического комитета Аэрокосмический комитет Министерства цифрового развития, инноваций и аэрокосмической промышленности Республики Казахстан.