priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-4-359-367pribor-164Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ АНАЛИЗА И КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR MONITORING AND DIAGNOSTICS OF MATERIALS, PRODUCTS, SUBSTANCES AND THE NATURAL ENVIRONMENTИсследование изменчивости природно-территориальных комплексов Тазовского полуострова на основе данных многоспектральной и радиолокационной космической съемкиStudy of the Variability of Natural-Territorial Complexes of the Taz Peninsula Based on Multispectral and Radar Space Survey DataЧичковаЕ. Ф.ChichkovaE. F.

Елена Федоровна Чичкова — канд. геогр. наук, КосмоИнформ-центр ГУАП; директор ЦКУ

Санкт-Петербург

Elena F. Chichkova — PhD, Director of the Center, Center of space services "Kosmo-Inform-Сenter"

St. Petersburg

efchichkova@yandex.ruХамедовВ. А.KhamedovV. A.

Владимир Александрович Хамедов — канд. техн. наук, КосмоИнформ-центр ГУАП; вед. науч. сотр. ЦКУ 

Санкт-Петербург

Vladimir A. Khamedov — PhD, Leading Researcher, Center of space services "Kosmo-Inform-Сenter"

St. Petersburg

khamedov.vladimir@mail.ruРогачевС. А.RogachevS. A.

Сергей Александрович Рогачев — старший преподаватель, кафедра компьютерных технологий и программной инженерии

Санкт-Петербург

Sergei A. Rogachev — PhD, Senior Lecturer, Department of Computer Technologies and Software Engineering

St. Petersburg

rogachev.seal@gmail.comСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияРоссияSt. Petersburg State University of Aerospace InstrumentationRussian Federation202428112024674359367Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/164

Рассмотрены особенности изучения внутрисезонной изменчивости природно-территориальных комплексов (ПТК) в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ) средствами многоспектрального и радиолокационного космического мониторинга. Из-за особых условий освещенности и высокой облачности возможности космических аппаратов (КА) с оптическими приборами на борту ограничены для съемки территорий АЗРФ. Для обеспечения космического мониторинга природных территорий АЗРФ необходима разработка методик с использованием радиолокационных методов, не зависящих от условий съемки. На примере отдельно взятого региона АЗРФ — Тазовского полуострова — проанализирована внутрисезонная изменчивость наиболее характерных типов ПТК (кустарничко-лишайниковые тундры; сфагновые болота; ивняки травяные; песчаные отмели и антропогенные объекты). Методы исследования включают интерферометрическую обработку исходных радиолокационных данных SAR КА Sentinel-1В и обработку данных КА Sentinel-2А, 2В по алгоритмам классификации и расчета спектральных вегетационных индексов. На основе результатов классификации поверхностей полигона Тазовского полуострова, проведенной по многоспектральной космической информации, выбраны четыре опорных участка ПТК. Анализ стабильности и изменчивости поверхностей на выбранных участках полигона проведен на основе рассчитанных рядов интерферометрической когерентности для каждого типа ПТК в бесснежный период 2021 года. Для интерпретации полученных результатов использованы статистически обработанные ряды метеорологических наблюдений за температурой воздуха и осадками и данные вегетационных индексов. Результаты исследования могут быть наиболее востребованными в производственно-экологическом мониторинге нефтегазовой отрасли и охране окружающей среды с целью соблюдения техносферной безопасности и выявления степени антропогенной нарушенности территорий АЗРФ.

The features of studying intraseasonal variability of natural-territorial complexes in the Arctic zone of the Russian Federation using multispectral and radar space monitoring are considered. Due to special lighting conditions and high cloudiness, the capabilities of spacecraft with optical instruments on board for surveying the territories of the Russian Arctic, are limited. To ensure space monitoring of natural territories of the Russian Arctic, it is necessary to develop techniques using radar methods that do not depend on shooting conditions. Using the example of a single region of the Russian Arctic – the Taz Peninsula – the intraseasonal variability of the most characteristic types of natural-territorial complexes (shrub-lichen tundra; sphagnum bogs; grass willows; sandbanks and anthropogenic objects) is analyzed. Research methods include interferometric processing of original SAR radar data from the Sentinel-1B spacecraft and processing of data from the Sentinel-2A, 2B spacecrafts using algorithms for classification and calculation of spectral vegetation indices. Based on the results of classification of the surfaces of the Taz peninsula test site, carried out using multispectral space information, four reference areas of the natural-territorial complex were selected. An analysis of the stability and variability of surfaces in selected areas of the test site was carried out on the basis of calculated series of interferometric coherence for each type of natural-territorial complex in the snow-free period of 2021. To interpret the results obtained, statistically processed series of meteorological observations of air temperature and precipitation and data from vegetation indices were used. The results of the study may be most in demand in industrial and environmental monitoring of the oil and gas industry and environmental protection in order to maintain technosphere safety and identify the degree of anthropogenic disturbance in the territories of the Russian Arctic.

космический мониторингарктическая зонамногоспектральные данныерадиолокационные данныеинтерферометрическая когерентностьизменчивостьприродно-территориальный комплексspace monitoringArctic zonemultispectral dataradar datainterferometric coherencevariabilitynatural-territorial complexАвторский коллектив выражает искреннюю благодарность за профессиональные консультации при подготовке данной публикации начальнику Гидрометцентра ФГБУ „Северо-Западное УГМС“ А. М. Колесову и кандидату биологических наук, доценту РГПУ им. А. И. Герцена Н. В. Кобелевой. Работа выполнялась в рамках темы Госзадания № FSRF-2023-0003.The team of authors expresses sincere gratitude for the professional advice in the preparation of this publication to the head of the Hydrometeorological Center of the Federal State Budgetary Institution “North-West UGMS” A. M. Kolesov and to Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the A. I. Herzen Russian State Pedagogical University N. V. Kobeleva. The work was carried out within the framework of the theme of State Assignment No. FSRF-2023-0003.ReferencesКобелева Н. В. Крупномасштабное эколого-фитоценотическое картографирование на основе аэроснимков и ГИС-технологий (на примере центральной части Тазовского полуострова) // Изв. Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 1-6. С. 1607—1617.Kobeleva N.V. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2012, no. 1-6(14), pp. 1607–1617. (in Russ.)Московченко Д. В., Арефьев С. П., Глазунов В. А., Тигеев А. А. Изменение состояния растительности и геокриологических условий Тазовского полуострова (восточная часть) за период 1988—2016 гг. // Криосфера Земли. 2017. Т. 21, № 6. С. 3—13. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-6(3-13).Moskovchenko D.V., Arefyev S.P., Glazunov V.A., Tigeev A.A. Earth's Cryosphere, 2017, no. 6(21), pp. 3–13, DOI 10.21782/KZ1560-7496-2017-6(3-13). (in Russ.)Московченко Д. В., Глазунов В. А., Тигеев А. А. Исследование динамики растительного покрова восточной части Тазовского полуострова // Экологический мониторинг и биоразнообразие. 2016. № 1(11). С. 91—96.Moskovchenko D.V., Glazunov V.A., Tigeev A.A. Environmental monitoring and biodiversity, 2016, no. 1(11), pp. 91–96. (in Russ.)Арефьев С. П. Реакция деревьев и кустарников восточной части Тазовского полуострова на потепление климата // Экологический мониторинг и биоразнообразие. 2016. № 1(11). С. 5—9.Arefyev S.P. Environmental monitoring and biodiversity, 2016, no. 1(11), pp. 5–9. (in Russ.)Минаков Е. П., Чичкова Е. Ф. Мониторинг чрезвычайных ситуаций с использованием дистанционного зондирования Земли // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 4. С. 23—27.Minakov E.P., Chichkova E.F. Journal of Instrument Engineering, 2009, no. 4(52), pp. 23–27. (in Russ.)Чичкова Е. Ф., Кочин Д. А., Рогачев С. А. Информационно-аналитический сервис и технологии мониторинга потенциально опасных зон по данным спутникового многоспектрального зондирования // Космические аппараты и технологии. 2023. Т. 7, № 2. С. 132—141. DOI: 10.26732/j.st.2023.2.06.Chichkova E.F., Kochin D.A., Rogachev S.A. Spacecrafts and Technologies, 2023, no. 2(7), pp. 132–141, DOI: 10.26732/j.st.2023.2.06. (in Russ.)Мазуров Б. Т., Аврунев Е. И., Хамедов В. А. Оперативный мониторинг лесных земель северных регионов на основе использования оптических и радарных космических снимков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 4. С. 103—111.Mazurov B.T., Avrunev E.I., Khamedov V.A. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 2017, no. 4(14), pp. 103–111. (in Russ.)Мышляков С. Г. Возможности радарных снимков Sentinel-1 для решения задач сельского хозяйства // Геоматика. 2016. № 2. С. 16—24.Myshlyakov S.G. Geomatics, 2016, no. 2, pp. 16–24. (in Russ.)Копылов В. Н., Полищук Ю. М., Хамедов В. А. Синтез оптических и радиолокационных космических снимков при решении задачи оперативного обнаружения лесных гарей // Гео-Сибирь. 2007. Т. 3. С. 157—162.Kopylov V.N., Polishchuk Yu.M., Khamedov V.A. Geo-Siberia, 2007, vol. 3, рр. 157–162. (in Russ.)Балдина Е. А., Трошко К. А., Николаев Н. Р. Радиолокационные данные Sentinel-1 и возможности их обработки для дешифрирования форм рельефа острова Котельный // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2016. № 3. С. 78—85.Baldina E., Troshko K., Nikolaev N. Izvestia vuzov. Geodesy and Aerophotosurveying, 2016, no. 3, pp. 78–85. (in Russ.)Antonova S., Kääb A., Heim B., Langer M., Boike J. Spatio-temporal variability of X band radar backscatter and coherence over the Lena River Delta, Siberia // Remote Sensing of Environment. 2016. Vol. 182. P. 169—191. DOI:10.1016/j.rse.2016.05.003.Antonova S., Kääb A., Heim B., Langer M., Boike J. Remote Sensing of Environment, 2016, vol. 182, pp. 169–191, DOI:10.1016/j.rse.2016.05.003.Трошко К. А., Балдина Е. А., Мартьянов А. С., Денисов П. В. Географическая интерпретация временных изменений когерентности по радиолокационным данным Sentinel-1 (на примере острова Котельный) // Матер. 17-й Всерос. открытой конф. „Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса“. М., 11—15 ноября 2019 г. М.: Ин-т космических исследований РАН, 2019. С. 461.Troshko K.A., Baldina E.A., Martyanov A.S., Denisov P.V. Sovremennyye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa (Modern Problems of Remote Sensing of the Earth from Space), Proceedings of the 17th All-Russian open Conf., Moscow, November 11–15, 2019, рр. 461. (in Russ.)Regmi P., Grosse G., Jones M. C., Jones B. M., Walter A. K. Characterizing post-drainage succession in thermokarst lake basins on the Seward Peninsula, Alaska with TerraSAR-X backscatter and Landsat-based NDVI data // Remote Sens. 2012. N 4. P. 3741—3765. DOI:10.3390/rs4123741.Regmi P., Grosse G., Jones M.C., Jones B.M., Walter A.K. Remote Sens., 2012, no. 4, pp. 3741–3765, DOI:10.3390/rs4123741.Строительство поглощающих скважин № 1п, 2п, 3п месторождения Каменномысское-море. Оценка воздействия на окружающую среду. М., 2022. 274 с. [Электронный ресурс]: <https://seaprojects.gazprom.ru/d/textpage/9b/155/ovos_1p-2p-3p.pdf>.https://seaprojects.gazprom.ru/d/textpage/9b/155/ovos_1p-2p-3p.pdf. (in Russ.)Валеева Э. И., Московченко Д. В. Зональные особенности растительного покрова Тазовского полуострова и его техногенная трансформация // Вестн. экологии, лесоведения и ландшафтоведения. 2008. № 9. С. 174—191.Valeeva E.I., Moskovchenko D.V. Bulletin of ecology, forestry and landscape science, 2008, no. 9, pp. 174–191. (in Russ.)Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2021 год. М.: Росгидромет, 2022. 104 с. [Электронный ресурс]: <https://www.meteorf.gov.ru/images/news/20220324/4/Doklad.pdf>.https://www.meteorf.gov.ru/images/news/20220324/4/Doklad.pdf. (in Russ.)Rouse J. W., Haas R. H., Schell J. A. et al. Monitoring the vernal advancements and retrogradation of natural vegetation // NASA/GSFC, Final Report. Greenbelt, MD, USA, 1974. P. 1—137.Rouse J.W., Haas R.H., Schell J.A. et al. NASA/GSFC, Final Report, Greenbelt, MD, USA, 1974, рр. 1–137.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.