Интерферометрическая когерентность по данным Sentinel-1 для мониторинга сельскохозяйственных работ (на примере Амурской области)

Ежегодно Министерство сельского хозяйства Российской Федерации осуществляет мониторинг хода сезонных полевых работ (сева, уборки культур и др.) в целом по стране для регулирования и управления сельскохозяйственными рынками. Основной путь получения этой информации заключается в ее сборе от сельхозтоваропроизводителей и последовательном обобщении на муниципальном, региональном и федеральном уровнях. На достоверность этой информации могут влиять различные субъективные факторы, в связи с чем возникает вопрос поиска инструментов для её объективной проверки. Одним из таких инструментов могут стать данные дистанционного зондирования Земли. В работе рассмотрена возможность применения временной серии изображений интерферометрической когерентности по данным Sentinel-1 как источника сведений о деятельности на сельскохозяйственных угодьях. Этот параметр выбран ввиду его высокой чувствительности к изменениям, происходящим на наблюдаемой поверхности между двумя съемками. Примеры использования когерентности, рассчитанной по данным Sentinel-1, при наблюдении изменений различных объектов можно найти, например, в работах (Захарова, Захаров, 2019; Михайлюкова и др., 2019; Чимитдоржиев и др., 2020).
Эксперимент выполнен по территории Амурской области, где основными выращиваемыми сельскохозяйственными культурами являются соя (~80% от посевной площади) и зерновые (яровые пшеница и ячмень, кукуруза и др.). Для проведения эксперимента отобран набор рановременных комплексных (SLC) радиолокационных данных Sentinel-1, полученных с двух смежных витков (32 и 105). Данные получены в бесснежный период (апрель-октябрь) 2019 г. Интервал между съемками с одного витка составил 12 суток, с двух витков – 5 и 7 суток. Для каждых двух последовательных интерферометрических наблюдений Sentinel-1 выполнен расчёт когерентности. Расчет когерентности выполнен для наборов данных, полученных с обоих витков.
Сопоставление серии изображений когерентности со снимками в оптическом диапазоне (Sentinel-2, Landsat-8/-7, Terra) показало, что поведение когерентности в пределах сельскохозяйственных угодий в целом можно охарактеризовать следующим образом:
1) высокие значения когерентности наблюдаются в пределах полей с открытой почвой, которая не подвергалась обработке между двумя съемками;
2) временная декорреляция и, как следствие, низкие значения когерентности (менее 0,3) наблюдаются в пределах полей, занятых вегетирующей растительностью в оба срока съемки, или участков, на которых между двумя съемками происходили существенные изменения (уборка посевов, предпосевная обработка почвы и др.).
В целом интерферометрическая когерентность по данным Sentinel-1 является перспективным инструментом для отслеживания хода мероприятий на сельскохозяйственных угодьях. Возможная точность определения сроков проведения этих мероприятий для большей части России составляет ±6 суток (при 12-суточном интервале между интерферометрическими наблюдениями).
Исследование выполнено в рамках государственного задания ИГ РАН № AAAA-A19-119022190168-8 при финансовой поддержке РФФИ (проект № 18-07-00816).