ESA WorldCereal

Головною метою WorldCereal є розвиток, спираючись на існуючі ініціативи суспільства та відкриті та безкоштовні джерела Спостереження Землі, нових алгоритмів, інфраструктури ІКТ та довідкових наборів даних – ефективної, гнучкої та надійної системи на основі Спостереження Землі з відкритим вихідним кодом для своєчасного моніторингу площі орних земель .

Наша участь у флагманському проекті ESA WorldCereal стала можливою завдяки створеному українсько-німецькому центру ключових компетенцій – AIDA&TI , який було сформовано спільно двома університетами – Університет прикладних наук Ангальт та Національний технічний університет України. КПІ ім. Ігоря Сікорського” (НТУУ КПІ). Цей проект відбувся завдяки можливості участі в європейських проектах Анхальтського університету (в Україні таких передумов немає), а також 6-річному досвіду в області машинного навчання та супутникових даних фахівців НТУУ КПІ.

Нас підключили на фінальній стадії проекту, коли вже були отримані всі продукти (карти посівів зернових культур і класифікація сільськогосподарських угідь) і постало питання їх оцінки якості та валідації.

Основною метою нашої участі в проекті є валідація історичних і сучасних карт класифікації зерна, які були створені в проекті WorldCereal для території України. Дані наземних обстежень, зібраних експертами вздовж доріг, власні класифікаційні карти на основі алгоритмів нейронної мережі та часові ряди супутникових даних для території України, інформація Державної служби статистики України, а також дані фермерів. Класифікаційні карти, на основі яких валідується продукція WorldCereal, вже активно використовуються на державному рівні та знаходяться у відкритому доступі, зокрема на публічних Кадастрових картах України та в системі Державного аграрного реєстру України.

Планування маршрутів для збору даних на місці базувалося на аналізі часових рядів супутникових даних та офіційних статистичних даних. Маршрут для збору даних на місці орієнтований на накопичення максимальної кількості культур, а також їх максимального різноманіття. Збір даних на місці виконується відповідно до вказівок JECAM щодо збору даних на місці, наведених у «Рекомендаціях JECAM для орних земель і культур визначення типу та збір даних поля” & FrançoisWaldner et. все. “Збір навчальних даних на узбіччі дороги для картографування орних земель є життєздатним, коли досліджуються екологічні та управлінські градієнти”. Зокрема, наведені в розділі III рекомендації «Збір польових даних для орних земель і типів культур» були використані для розробки кампанії збору даних на місці.

Відповідно до цих рекомендацій було побудовано 2 маршрути для збору польових даних у 2019 році. Один з них для збору даних озимих культур (рис. 1-а), а інший для ярих культур (рис. 1-б). Вони рівномірно охоплюють територію України з урахуванням шаруватості (сільськогосподарські території) та наявності доріг. Маршрут по озимих у 2019 році склав близько 1700 км, по ярих у 2019 році – 4400 км.

Рис. 1-а Маршрут збору даних про озимі культури вздовж доріг у 2019 році	Рис. 1-b Маршрут збору даних ярих культур уздовж доріг у 2019 році
Рис. 2-а Маршрут збору даних про озимі культури вздовж доріг у 2020 році	Рис. 2-b Маршрут збору даних ярих культур уздовж доріг у 2020 році

Додатковим способом перевірки класифікаційних карт є порівняння площ зернових та кукурудзи, отриманих з карт WorldCereal, з картами, отриманими НТУУ КПІ (А. Шелестов та ін., Н.Куссуль та ін. , K. Deininger та ін.). Для цього завдання були використані класифікаційні карти за 2019 та 2020 роки. На рис. 3 представлено класифікаційні карти за 2019 (рис. 3-а) та 2020 рік (рис. 3-b). Також представлено карти WorldCereal за 2019 (рис. 4-а) та 2020 (рис. 4-b) нижче.

Рис. 3-а НТУУ КПІ Класифікаційна карта 2019	Рис. 3-b НТУУ КПІ Класифікаційна карта 2020
Рис. 4-b Карта класифікації WorldCereal 2019	Рис. 4-b Карта класифікації WorldCereal 2020

Розрахункові площі зернових та кукурудзи на рівні областей порівнювали з даними офіційної статистики за класифікаційною картою (рис. 5, рис. 6, рис. 7, рис. 8, перша та друга смужки). Також було знайдено спільну частину між двома продуктами, а також порівняно зі статистичними показниками по областях (рис. 5, рис. 6, рис. 7, рис. 8, третій і четвертий стовпчики). Спільною частиною ми розглядали території, де на обох класифікаційних картах НТУУ КПІ та WorldCereal позначена одна і та ж культура. Як видно з таблиці, спільна частка цих продуктів у зернових культурах становить 101% офіційної статистики та 85% у кукурудзі за 2019 рік, а у зернових культурах – 88% офіційної статистики та 81% у кукурудзі за 2020 рік.

Рис. 5 Порівняння площ кукурудзи за класифікацією НТУУ КПІ та WorldCereal, їх спільної частини та статистичних даних за 2019 р.

Рис. 6 Порівняння площ зернових культур за класифікацією НТУУ КПІ та WorldCereal, їх спільної частини та статистичних даних за 2019 р.

Рис. 7 Порівняння площ кукурудзи за класифікацією НТУУ КПІ та WorldCereal, їх спільної частини та статистичних даних за 2020 р.

Рис. 8 Порівняння площ зернових культур за класифікацією НТУУ КПІ та WorldCereal, їх спільної частини та статистичних даних за 2020 р.