Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 6. С. 412-418
Определение линии почв по данным VIIRS на основе карты чистых паров MODIS и итеративного поиска уравнения регрессии
Д.Е. Плотников
1 , Е.С. Ёлкина
1, 2 , П.А. Колбудаев
1 , М.А. Бурцев
1 , А.М. Матвеев
1 , А.М. Константинова
1, 2 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма, Симферополь, Россия
Одобрена к печати: 27.11.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-6-412-418
В сообщении описываются новые ежедневные безоблачные продукты серии TSE (англ. Time Series Enhancement) для перпендикулярного вегетационного индекса PVI (англ. Perpendicular Vegetation Index), основанного на новом уравнении для линии почв, полученного по данным продуктов V*09GA (VNP09GA и VJ109GA) Collection 2 приборов VIIRS (англ. Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) на аппаратах серии NOAA и SNPP. Для идентификации участков открытых почв при построении уравнения применялась маска чистых паров за 2022 г., регулярно обновляемая по данным MODIS (англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) для пахотных земель всей территории России. В работе был использован метод итеративного поиска уравнения почвенной линии из-за невозможности прямого применения карты чистых паров для продуктов VIIRS по причине некратных различий пространственного разрешения приборов MODIS и VIIRS, а также в целях минимизации погрешностей соотнесения объектов и их яркости ввиду значительных ошибок привязки 500-метрового продукта V*09GA. Использовались восстановленные ежедневные безоблачные изображения VIIRS (продукт Historical TSE) в красном и ближнем инфракрасном каналах, а также соответствующие им изображения вегетационного индекса NDVI (англ. Normalized Difference Vegetation Index). В процессе анализа соответствующего открытым почвам облака точек в пространстве измерений в красном и ближнем инфракрасном каналах VIIRS происходила итеративная фильтрация выбросов с применением в качестве границ облака доверительных интервалов на уровне 0,95 и контролем сходимости для обоих коэффициентов получаемой прямой до порогового уровня различий менее 1%. После достижения сходимости найдено окончательное уравнение линии почв по данным VIIRS продуктов V*09GA Collection 2 с коэффициентом детерминации R2 = 0,973, которое было использовано в формуле для расчёта индекса PVI по данным соответствующих продуктов VIIRS Collection 2.
Ключевые слова: VIIRS, HiTSE, LOWESS, линия почв, вегетационные индексы, итеративный поиск, доверительные интервалы
Полный текстСписок литературы:
- Дунаева Е. А., Плотников Д. Е., Хвостиков С. А. и др. Использование данных дистанционного зондирования для ранней диагностики наступления засушливых условий // Таврический вестн. аграрной науки. 2019. № 4 (20). С. 28–45. DOI: 10.33952/2542-0720-2019-4-20-28-45.
- Ёлкина Е. С., Плотников Д. Е., Дунаева Е. А. Обнаружение возможности дистанционного распознавания орошаемых земель Республики Крым на основе спектрально-временных и температурных признаков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 379–386. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-379-386.
- Князева С. В., Никитина А. Д., Белова Е. И. и др. Методические подходы к оценке характеристик лесов по данным спутниковой съемки сверхвысокого пространственного разрешения в оптическом диапазоне // Лесоведение. 2021. № 6. С. 645–672. DOI: 10.31857/S0024114821060073.
- Лупян Е. А., Барталев С. А., Крашенинникова Ю. С. и др. Анализ развития озимых культур в южных регионах европейской части России весной 2018 года на основе данных дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 2. С. 272–276. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-2-272-276.
- Лупян Е. А., Прошин А. А., Бурцев М. А. и др. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ-Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151–170. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170.
- Плотников Д. Е., Барталев С. А., Лупян Е. А., Савин И. Ю. Использование данных спутникового радиометра MODIS для распознавания пахотных земель, чистого пара и посевов озимых культур // Материалы Всероссийской науч. конф. «Методич. обеспечение мониторинга земель с.-х назначения»: сб. науч. ст. М.: РАСХН, 2010. С. 417–422.
- Плотников Д. Е., Хвостиков С. А., Барталев С. А. Метод автоматического распознавания сельскохозяйственных культур на основе спутниковых данных и имитационной модели развития растений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 131–141. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-131-141.
- Плотников Д. Е., Ёлкина Е. С., Дунаева Е. А. и др. (2020а) Развитие метода автоматического распознавания озимых культур на основе спутниковых данных для оценки их состояния на территории Республики Крым // Таврический вестн. аграрной науки. 2020. № 1 (21). С. 64–83. DOI: 10.33952/2542-0720-2020-1-21-64-83.
- Плотников Д. Е., Колбудаев П. А., Жуков Б. С. и др. (2020б) Публикация коллекции мультиспектральных измерений прибором КМСС-М (КА «Метеор-М» № 2) для количественной оценки характеристик земной поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 276–282. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-276–282.
- Плотников Д. Е., Бойматов Ю. Ш., Ёлкина Е. С. и др. Оценка эффективности мультисезонных моделей машинного обучения для оперативного распознавания озимых культур на больших территориях // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 116–129. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-116-129.
- Плотников Д. Е., Колбудаев П. А., Матвеев А. М., Прошин А. А. (2025а) К оценке точности привязки продуктов прибора VIIRS (Suomi NPP) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 2. С. 319–325. DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-2-319-325.
- Плотников Д. Е., Чжоу Ц., Колбудаев П. А. и др. (2025б) Разработка и оценка индекса листовой поверхности LAI растительного покрова России на основе разноугловых наблюдений КМСС (Метеор-М) и нейросетевой инверсии модели PROSAIL // Компьютер. оптика. 2025. Т. 49. № 3. С. 504–518. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1621.
- Плотникова А. С., Ершов Д. В., Харитонова А. О. и др. Пространственная оценка современных пожарных режимов лесных экосистем России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 228–240. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-228-240.
- Середа И. И., Денисов П. В., Трошко К. А. и др. Уникальные условия развития озимых культур, наблюдаемые по данным спутникового мониторинга на европейской территории России в октябре 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 304–310. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-5-304-310.
- Трошко К. А., Денисов П. В., Лупян Е. А. и др. Особенности состояния зерновых культур в регионах европейской части России и Сибири в июне 2021 г. по данным дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 3. С. 325–331. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-3-325-331.
- Шабанов Н. В., Барталев С. А., Ерошенко Ф. В., Плотников Д. Е. Развитие возможностей дистанционной оценки индекса листовой поверхности по данным MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 166–178. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-166-178.
- Baret F., Jacquemoud S., Hanocq J. F. About the soil line concept in remote sensing // Advances in Space Research. 1993. V. 13. Iss. 5. P. 281–284. DOI: 10.1016/0273-1177(93)90560-X.
- Plotnikov D., Kolbudaev P., Matveev A. et al. Daily surface reflectance reconstruction using LOWESS on the example of various satellite systems // 8th Intern. Conf. on Information Technology and Nanotechnology (ITNT). 2022. 5 p. DOI: 10.1109/ITNT55410.2022.9848630.
- Plotnikov D., Kolbudaev P., Matveev A. et al. Accuracy assessment of atmospheric correction of KMSS-2 Meteor-M #2.2 data over northern Eurasia // Remote sensing. 2023. V. 15. Iss. 18. Article 4395. DOI: 10.3390/rs15184395.
- Tiruneh G. A., Meshesha D. T., Adgo E. et al. Use of soil spectral reflectance to estimate texture and fertility affected by land management practices in Ethiopian tropical highland // PLoS ONE. 2022. V. 17(7). Article e0270629. DOI: 10.1371/journal.pone.0270629.