Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 2 (81) | 2017 Мониторинг площадей и состояния зеленых зон городов по данным дистанционного зондирования Земли (на примере г. Минска)

    Максимов М.М. (студент 3 курса, e-mail: maksi6667@mail.ru), Скачкова А.С. (аспирант);
    Географический факультет Белорусского государственного университета, г. Минск, Республика Беларусь


    Green urban areas monitoring based on GIS and remote sensing data


    Предложена и на примере г. Минска апробирована методика автоматизированного мониторинга для оценки площадей и состояния зелёных насаждений в городах. Она основана на значениях вегетационных индексов, полученных по разновременным данным дистанционного зондирования Земли, и их обработке и представлении в среде ГИС на платформе ArcGIS. Приведены карты с обобщенными результатами выполненного пространственно-временного анализа зеленых зон в пределах всего города и по каждому из районов, сделаны выводы о произошедших изменениях.

    Зеленые насаждения городов выполняют многочисленные функции, в первую очередь рекреационные, экологические, средостабилизирующие. Ежегодно проводятся мероприятия по обустройству и оптимизации зеленых зон. Важным аспектом является их учёт, оценка состояния и мониторинг, что предполагает, при использовании традиционных «ручных» методов исследований, значительные материальные и временные затраты. Технология Географических информационных систем (ГИС) позволяет существенно усовершенствовать и удешевить данные мероприятия, используя анализ данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), обобщить его результаты и представить их в наглядном виде, удобном для понимания ситуации и принятия решений.

    В настоящем исследовании апробирована методика выполнения автоматизированного мониторинга в среде ГИС площадей зеленых насаждений и оценки их состояния в г. Минск на основе материалов космических съёмок – снимков Landsat за 1997-2015 гг. Для обработки материалов ДЗЗ использовался программный продукт ENVI, для проведения ГИС-анализа – платформа ArcGIS.

    Предварительная обработка данных ДЗЗ заключалась в проведении атмосферной коррекции снимков и маскировании облачности. Далее были рассчитаны вегетационные индексы NDVI (Normalized Differenced Vegetation Index) и SIPI (Structure Insensitive Pigment Index).

    Индекс растительности NDVI представляет собой простой показатель количества фотосинтетически активной биомассы и рассчитывается как нормализованная разность между яркостями в инфракрасном и красном диапазонах длин волн. Индекс хорошо коррелирует с объёмом биомассы и позволяет легко отделять растительность от прочих объектов.

    Индекс SIPI является показателем здоровья растительности, выраженным в соотношении каротиноидов, антонцианов и хлорофилла. Чем больше красных и жёлтых (и меньше зелёных) пигментов в листьях растений, тем выше значение индекса, что свидетельствует о стрессе (усыхании) растительности.

    Для анализа пространственной дифференциации и динамики зеленых зон Минска растровые слои вегетационных индексов были экспортированы в среду ArcGIS. Значения индексов были разделены на два класса: NDVI со значениями более 0,5 – территории, занятые преимущественно растительностью (деревья, кустарники, травянистая растительность); менее 0,5 – иные территории (под зданиями и сооружениями, застройкой, водными объектами). Классифицированные растры генерализированы по фильтру большинства и конвертированы в векторные слои (некоторые из них приведены на рис. 1). Для каждого года за период наблюдений были рассчитаны суммарные площади насаждений в пределах границы города и его административных районов.


    Рис. 1. Временной анализ пространственной дифференциации зеленых зон г. Минска по данным ДЗЗ. Цифрами на данном и следующих рисунках обозначены административные районы города: 1 – Фрунзенский, 2 – Московский, 3 – Центральный, 4 – Октябрьский, 5 – Советский, 6 – Ленинский, 7 – Партизанский, 8 – Первомайский, 9 – Заводской.

    Результаты показали незначительные изменения площадей зеленых зон Минска за исследуемый период. Наименее озелененными районами на протяжении 1997-2015 гг. являлись Фрунзенский и Центральный, а наиболее «зелёным» – Партизанский. Для оценки точности выделения зеленых зон по материалам ДЗЗ было выполнено сравнение результатов дешифрирования с данными Государственного земельного кадастра (ГЗК) Республики Беларусь. Расхождения площадей составили менее 15% от показателя каждого года.

    Оценка состояния зеленых зон производилась тремя способами.

    Первый предполагал выявление зон с наилучшим (наихудшим) состоянием растительности, которое выполнялось посредством вычисления среднего по Минску значения индекса NDVI для территорий, преимущественно занятых растительностью, и сравнения каждого пиксела данного снимка со средним значением. В качестве примера приведены результаты расчетов для растров 2003, 2010, 2011 и 2015 гг. (рис. 2). В целом, зоны пониженного фотосинтеза располагаются в центре города, вдоль основных радиальных проспектов, а также в спальных районах вблизи кольцевой автодороги.


    Рис. 2. Определение состояния зеленых зон г. Минска путем сопоставления среднего значения вегетационного индекса NDVI для территорий, преимущественно занятых растительностью, со значением индекса по каждому пикселю.

    Второй способ анализа представлял собой вычисление изменений значений индекса NDVI во времени. Для этого использовались пары снимков за разные годы с разницей даты съемки не более 10 дней. Были подобраны снимки, сделанные в 1998 и в 2000 гг. В результате анализа этих материалов установлено, что активность фотосинтеза за исследуемый период времени возросла практически на всей территории г. Минска, за исключением тех мест, которые были застроены за данный временной интервал (рис. 3).


    Рис. 3. Определение состояния зеленых зон г. Минска путем вычисления изменений значений вегетационного индекса NDVI во времени.

    Третий способ – оценка состояния растительности при помощи индекса SIPI, повышенные значения которого свидетельствуют об усыхании растительности. В работе были использованы снимки за 2014 и 2015 гг. Сопоставление значений индекса показало улучшение состояния растительности на большей части территории г. Минска (рис. 4).


    Рис. 4. Определение состояния зеленых зон г. Минска путем вычисления изменений значений вегетационного индекса SIPI во времени.

    Таким образом, предложенная методика позволила выполнить пространственный и временной анализ площадей и состояния зелёных насаждений г. Минска за период с 1997 по 2015 гг. Результаты показали, что площадь зелёных насаждений за рассмотренный период изменилась незначительно, однако состояние растительности в целом улучшилось. Помимо этого, с помощью изучения вегетационных индексов выявлены проблемные территории, на которых растительность подвержена болезням и усыханию. Однако необходимо отметить, что использование материалов космических съёмок среднего пространственного разрешения в целях инвентаризации зелёных насаждений на высокоурбанизированных территориях довольно ограничено. В работах такого рода имеет смысл использовать ДДЗ высокого и сверхвысокого разрешения, рассматривая их как дополнение к наземным наблюдениям.




    Версия для печати