Дистанционное зондирование Sentinel-2: спутниковая картография для территорий

Спутниковое дистанционное зондирование долгое время оставалось инструментом, доступным лишь космическим агентствам и крупным исследовательским лабораториям. После запуска программы Copernicus Европейским космическим агентством снимки Sentinel-2 стали бесплатными, открытыми и доступными практически ежедневно. Для муниципалитета, проектного бюро или инициатора сельскохозяйственного проекта это открывает возможности анализа, которые невозможно воспроизвести классическими наземными средствами.

В этой статье я делюсь практическими основами спутникового картографирования, радиометрическими индексами, которые использую каждый день, и конкретным кейсом, реализованным по Джакарте в рамках моей магистратуры G2M.

Sentinel-2: бесплатная, открытая и регулярная спутниковая съёмка

Sentinel-2, эксплуатируемый ESA в рамках программы Copernicus, несёт на борту 13 спектральных каналов, охватывающих видимый диапазон, ближний и средний инфракрасный. Пространственное разрешение варьируется от 10 метров для основных каналов до 60 метров для атмосферных каналов. С двумя спутниками на орбите (2A и 2B) период повторной съёмки одной и той же точки земного шара снижается до 5 дней, что обеспечивает почти непрерывный мониторинг территориальной динамики.

Для длительных исторических анализов Landsat 8 и 9 (NASA/USGS) остаются незаменимыми. Их разрешение 30 метров менее детальное, но архив восходит к 1972 году, что позволяет проводить многодесятилетние сравнения, невозможные с Sentinel. Данные также доступны бесплатно через Earth Explorer или Google Earth Engine.

Полезные радиометрические индексы (NDVI, NDWI, NDBI)

Сила мультиспектрального спутника — в комбинации каналов, раскрывающей информацию, невидимую невооружённым глазом. NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), вычисляемый по формуле (NIR - Red) / (NIR + Red), количественно оценивает хлорофилльную активность и позволяет картографировать жизнеспособность растительности, выявлять водный стресс или измерять динамику леса.

NDWI выделяет водные поверхности и влажность почв, что полезно для мониторинга водотоков, водно-болотных угодий и наводнений. NDBI нацелен на застройку и позволяет количественно оценить городскую экспансию. NBR, в свою очередь, выявляет выгоревшие участки после пожара, с расчётом разницы до и после бедствия для оценки степени ущерба.

Кейс: городской анализ Джакарты

Джакарта — мегаполис с населением более 10 миллионов человек, сталкивающийся с массовой городской экспансией, интенсивными островами тепла и документированным проседанием грунта. Я провёл разновременной анализ Sentinel-2 по этой зоне для моей магистерской работы M1, совмещая NDVI, NDBI и термические индексы, производные от Landsat 8. Подробное описание приведено в моём проекте дистанционного зондирования Джакарты, дополненном пространственной базой данных крупного мегаполиса со структурой на PostGIS, которая совмещает слои дистанционного зондирования с социально-экономическими данными и инфраструктурой.

Результаты выявляют сильную корреляцию между плотностью застройки, потерей растительности и усилением городских островов тепла в период с 2018 по 2024 год, с перепадами температуры до 6°C между зелёными кварталами и минерализованными зонами.

Сценарии применения для муниципалитетов и французских проектных бюро

Конкретных применений множество. Для коммуны отслеживание динамики островов тепла позволяет приоритизировать зоны для озеленения. Для речного союза NDWI по нескольким датам раскрывает динамику прибрежных полос и пересыханий. Для сельхозпроизводителя NDVI, нацеленный на его участки, позволяет максимально точно управлять орошением и внесением удобрений. Экологические НКО используют его для документирования вырубки лесов или ущерба, наносимого охраняемым территориям.

Что касается тарификации, разовый спутниковый анализ (1 дата, 1 зона, картографические материалы и отчёт) начинается от 1 200 €; типовой проект для МСП или муниципалитета обычно находится в диапазоне от 1 500 до 3 500 €. Разновременной мониторинг (от 3 до 6 дат, распределённых на 1–3 года, сравнения и индикаторы) начинается от 3 000 € и доходит до 4 000–8 000 €, как только добавляется несколько индексов или расширяется периметр. Итоговый тариф зависит от количества дат, охваченной площади и числа индексов для расчёта: персональная смета в течение 48 ч после бесплатного звонка. Поэтапная оплата по вехам проекта для проектов стоимостью свыше 2 000 € (30 % при подписании, 30 % в середине, 40 % при финальной сдаче). Сроки составляют от 1 до 2 недель для разового анализа, от 3 до 6 недель для разновременного мониторинга.

Подробности обо всех услугах и диапазонах цен смотрите на странице Услуги и тарифы.

Рекомендуемые инструменты и рабочий процесс

Мой рабочий процесс сочетает Python (rasterio, GDAL, scikit-learn для контролируемой классификации) и QGIS для картографической вёрстки. Для больших объёмов или глобальных анализов Google Earth Engine остаётся непревзойдённым: все вычисления выполняются на стороне сервера, без загрузки. Sentinel Hub предлагает очень аккуратный API для интеграции выгрузок по запросу в бизнес-приложения. Для загрузки исходных данных Copernicus Open Access Hub (ставший Copernicus Data Space Ecosystem) остаётся официальным источником.

Хотите реализовать проект дистанционного зондирования для вашей территории, вашего хозяйства или вашего исследования воздействия? Свяжитесь со мной, чтобы определить задачу и периметр.