Авторы
Чумарев И.С.
Организации
Московский государственный университет геодезии и картографии
Секция
Дистанционное зондирование Земли
Подсекция
сх
Научный руководитель
Беленко Виктор Владимирович
Место работы научного руководителя
д.т.н., профессор кафедры космического мониторинга и экологии картографического факультета Московского государственного университета геодезии и картографии
Текст тезисов
Основным результатом исследования является алгоритм автоматизированной методики мониторинга сельскохозяйственной засухи. Методика реализуется посредством следующих программных продуктов: Google Earth Engine для загрузки рядов показателей и индексов сельскохозяйственной засухи, Microsoft Excel для проведения корреляционного анализа, pandas для автоматизации анализа, Tableau Public для графической визуализации результатов, Google Earth Engine и/или QGIS для картографической визуализации результатов.
Этап 1. Определение, характеризация и сегментация области исследования. Производится выбор территории исследования и её районирование. Сбор информации о доступных данных ДЗЗ, климате, с/х, засушливых периодах.
Этап 2. Формирование требований к наборам пространственных данных для выявления сельскохозяйственной засухи. Пространственным данным выдвигаются требования по пространственному разрешению, темпу обновления, спектральным характеристикам, продолжительности наблюдений.
Этап 3. Идентификация наборов пространственных данных, соответствующих выдвинутым требованиям. Для общей территории и каждого района извлекается максимально полный набор информации о показателях сельскохозяйственной засухи, а именно о суммах атмосферных осадков, температуре приземного слоя воздуха, действительной эвапотранспирации, температуре земной поверхности, влажности почвы, площади поверхностных вод, общем объеме вод или объёме грунтовых вод, площади снежного и ледникового покрова, состоянии растительного покрова, типах и свойствах растительного покрова, прочие данные. Одновременно осуществляется выгрузка данных об урожайности с/х-культур.
Этап 4. Идентификация засушливых периодов. Осуществляется регрессионный анализ пар временных рядов факторов показателей сельскохозяйственной засухи и архивов урожайности сельскохозяйственных культур. Для периодов, отмеченных высоким уровнем корреляции между низкими значениями урожайности сельскохозяйственных культур и наиболее неблагоприятными значениями показателей сельскохозяйственной засухи, делается вывод о том, что соответствующий период был засушливым.
Этап 5. Расчёт показателей и индексов сельскохозяйственной засухи. Производится выгрузка показателей и расчёт индексов сельскохозяйственной засухи, идентифицированных на этапе идентификации засушливых периодов. В зависимости от степени доступности данных для исследуемого периода, в перечень индексов могут входить классические индексы засухи (SPI, SPEI, PDSI, ГТК Селянинова), индексы состояния растительного покрова (NDVI, VCI, TCI, VHI), индексы влажности почвы (SMA, SMI, MPDI), индексы площади поверхностных водоёмов и содержания влаги (NDWI, LSWI), идексы грунтовых вод (GVDI), смешаннные индексы (TVDI, NMDI).
Производится кросс-корреляционный анализ для каждого временного промежутка, идентифицированного как засушливый. Данный тип корреляционного анализа учитывает нелинейный характер влияние факторов сельскохозяйственной засухи на урожайность культур, а также отложенный характер их воздействия. По результатам анализа выявляются показатели, оказывающие наибольшее влияние на рассматриваемую культуру.
Этап 6. Верификация результатов исследования. Сравнение полученных оценок с объективными данными, а именно документальными свидетельствами о наличии засухи в данный период, с целью подтверждения достоверности анализа.
Этап 7. Представление и анализ результатов. Результаты исследования представляются в виде карт, графиков, матриц коэффициентов корреляции и текстовых пояснений.
Направления для последующего исследования
Последующие стадии исследования будут направлены на экспериментальную апробацию методики выявления сельскохозяйственной засухи посредством анализа данных ДЗЗ из космоса на территории Киргизской Республики, в т.ч. для её отдельных областей. Промежуточными результатами также могут стать:
1. Усовершенствование алгоритма разрабатываемой методики с учётом особенностей и ограничений, выявленных в ходе эксперимента;
2. Анализ существующих методов выявления сельскохозяйственной засухи, их оценка;
3. Многокритериальный анализ соответствующих выбранным на данном этапе системам наборов пространственных данных, включая специализированные тематические продукты;
4. Сбор и анализ лучших практик картографического обеспечения для наглядного представления феномена засухи.
Этап 1. Определение, характеризация и сегментация области исследования. Производится выбор территории исследования и её районирование. Сбор информации о доступных данных ДЗЗ, климате, с/х, засушливых периодах.
Этап 2. Формирование требований к наборам пространственных данных для выявления сельскохозяйственной засухи. Пространственным данным выдвигаются требования по пространственному разрешению, темпу обновления, спектральным характеристикам, продолжительности наблюдений.
Этап 3. Идентификация наборов пространственных данных, соответствующих выдвинутым требованиям. Для общей территории и каждого района извлекается максимально полный набор информации о показателях сельскохозяйственной засухи, а именно о суммах атмосферных осадков, температуре приземного слоя воздуха, действительной эвапотранспирации, температуре земной поверхности, влажности почвы, площади поверхностных вод, общем объеме вод или объёме грунтовых вод, площади снежного и ледникового покрова, состоянии растительного покрова, типах и свойствах растительного покрова, прочие данные. Одновременно осуществляется выгрузка данных об урожайности с/х-культур.
Этап 4. Идентификация засушливых периодов. Осуществляется регрессионный анализ пар временных рядов факторов показателей сельскохозяйственной засухи и архивов урожайности сельскохозяйственных культур. Для периодов, отмеченных высоким уровнем корреляции между низкими значениями урожайности сельскохозяйственных культур и наиболее неблагоприятными значениями показателей сельскохозяйственной засухи, делается вывод о том, что соответствующий период был засушливым.
Этап 5. Расчёт показателей и индексов сельскохозяйственной засухи. Производится выгрузка показателей и расчёт индексов сельскохозяйственной засухи, идентифицированных на этапе идентификации засушливых периодов. В зависимости от степени доступности данных для исследуемого периода, в перечень индексов могут входить классические индексы засухи (SPI, SPEI, PDSI, ГТК Селянинова), индексы состояния растительного покрова (NDVI, VCI, TCI, VHI), индексы влажности почвы (SMA, SMI, MPDI), индексы площади поверхностных водоёмов и содержания влаги (NDWI, LSWI), идексы грунтовых вод (GVDI), смешаннные индексы (TVDI, NMDI).
Производится кросс-корреляционный анализ для каждого временного промежутка, идентифицированного как засушливый. Данный тип корреляционного анализа учитывает нелинейный характер влияние факторов сельскохозяйственной засухи на урожайность культур, а также отложенный характер их воздействия. По результатам анализа выявляются показатели, оказывающие наибольшее влияние на рассматриваемую культуру.
Этап 6. Верификация результатов исследования. Сравнение полученных оценок с объективными данными, а именно документальными свидетельствами о наличии засухи в данный период, с целью подтверждения достоверности анализа.
Этап 7. Представление и анализ результатов. Результаты исследования представляются в виде карт, графиков, матриц коэффициентов корреляции и текстовых пояснений.
Направления для последующего исследования
Последующие стадии исследования будут направлены на экспериментальную апробацию методики выявления сельскохозяйственной засухи посредством анализа данных ДЗЗ из космоса на территории Киргизской Республики, в т.ч. для её отдельных областей. Промежуточными результатами также могут стать:
1. Усовершенствование алгоритма разрабатываемой методики с учётом особенностей и ограничений, выявленных в ходе эксперимента;
2. Анализ существующих методов выявления сельскохозяйственной засухи, их оценка;
3. Многокритериальный анализ соответствующих выбранным на данном этапе системам наборов пространственных данных, включая специализированные тематические продукты;
4. Сбор и анализ лучших практик картографического обеспечения для наглядного представления феномена засухи.
Файл презентации