Экспериментальная методика гармонизации радиометрических измерений комплекса многозональной спутниковой съемки космического аппарата Метеор-М №2-4 и данных радиометра Sentinel-2

Открытым консорциумом геопространственных данных (OGC – Open Geospatial Consortium) в настоящее время (2026г) определен мировой тренд гармонизации данных космических систем дистанционного зондирования Земли (КС ДЗЗ) природно-ресурсного назначения в части радиометрических и геометрических показателей (OGC Testbed 19…, 2024). При этом в качестве базовой эталонной КС ДЗЗ рассматривается Sentinel-2. Например, в статье (Claverie et al., 2018) демонстрируются особенности гармонизации данных Landsat и Sentinel-2.
Среди российских съемочных систем следует выделить комплекс многозональной спутниковой съемки (КМСС) космического аппарата (КА) Метеор-М №2-4. Учитывая частоту съемки КМСС, обеспечивающую ежесуточный мониторинг северной Евразии с отображением, в частности, в виде композитных покрытий геоинформационным сервисом «Банк базовых продуктов» (Markov et al., 2019), а также разрешающую способность (GSD – 60 м) данный радиометр допустимо рассматривать в качестве естественного дополнения для временного ряда гармонизированных наблюдений Sentinel-2 и Landsat. При этом исследователями уже разработаны решения по приведению изображений КМСС к атмосферно-скорректированным продуктам MODIS Terra (Plotnikov et al., 2023), а также методика кросс-калибровки (Кондратьева, Жуков, Полянский, 2020).
В докладе приводится экспериментальная методика гармонизации радиометрических измерений КМСС КА Метеор-М №2-4 и данных Sentinel-2. Отмечается, что использование данных квази-синхронной съемки при кросс-калибровке радиометров, приводит к нестабильным корректирующим коэффициентам сопоставляемых величин ввиду ограничений двухпараметрической линейной регрессии. Вместе с тем, такой подход применяется на практике, например, (Васильев, Стремов, Коваленко, 2017). При этом автоматизация этого подхода приводит к вычислению значительно изменчивых коэффициентов для ближнего инфракрасного канала по данным съемки песчаного полигона региона Такла-Макан, а также съемки водной поверхности Средиземного моря за апрель-июль 2025г. Для преодоления данного ограничения предложен автоматический подход на основе обработки всего временного ряда наблюдений. Предварительная обработка заключается в формировании исходных данных на основе приведения изображений Sentinel-2 к пространственному разрешению КМСС, пороговой фильтрации облачности, а также пикселей с углом визирования более 5°. Формирование выборки пар пикселей изображений выполняется методом скользящего окна, при условии надежного коэффициента корреляции Пирсона (более 0.5), а также коэффициенты вариации составляют менее 0.1 (по окну 5×5 пикселей). Далее для всего множества отобранных пар наблюдений выполняется автоматический подбор коэффициентов методом симулированного отжига. При этом оптимизация ведется таким образом, чтобы среднеквадратичное отклонение для средних величин коэффициентов спектральной яркости (КСЯ) на рассматриваемые регионы съемки для целевых данных относительно опорных было минимальным.
Обработка около 50 пар снимков регионов Такла-Макан (КСЯ Sentinel-2 – около 0,3) и акватории Средиземного моря (КСЯ Sentinel-2 – около 0,08) за период апрель-сентябрь 2025г позволила определить коэффициенты для гармонизации, обеспечивающие величину среднеквадратичного отклонения разности КСЯ менее 0.007 для всех каналов КМСС.