CC BY
13
УДК 528.88
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ЕСТЕСТВЕННОЙ И ЛЕСОПАРКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Ольга Александровна Васильева
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант, кафедра физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (999)464-02-85, e-mail: [email protected]
Екатерина Николаевна Кулик
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-08-66, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены основные технологии обработки данных дистанционного зондирования для проведения анализа и оценки динамики лесопарковой и естественной растительности.
Ключевые слова: спектральные характеристики, многозональная съемка, вегетационные индексы.
DYNAMICS ANALYSIS OF NATURAL AND WOODLAND-PARK VEGETATION BASED ON REMOTE SENSING
Olga A. Vasileva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Master Student, Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (999)464-02-85, e-mail: [email protected]
Ekaterina N. Kulik
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Associate Professor of Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (913)926-82-57, e-mail: [email protected]
Remote sensing data processing technologies for the evaluation analysis of woodland-park and natural vegetation dynamics are presented.
Key words: spectral characteristics, multispectral imagery, vegetation indices.
Леса являются важнейшим компонентом биосферы, производителем биомассы и кислорода. Они являются стабилизатором природной среды.
Во многих развитых городах мира экологическая ситуация является предметом особого внимания властей всех уровней, средств массовой информации и общественных движений. Не является исключением и крупный административный центр Сибирского федерального округа - город Новосибирск, занимающий территорию около 505,62 км2, с численностью населения 1 567 087 человек [3].
Город обладает большим промышленным производством и протяженной сетью автомобильных дорог, Новосибирск с экологической точки зрения имеет непростую инфраструктуру.
Для мониторинга значительных лесных территорий Новосибирской области, расположенных в различных климатических поясах, наиболее эффективным является использование многозональных космических снимков. Цель исследовательской работы заключается в анализе динамики естественной и лесопарковой растительности на примере разномасштабных территорий: Новосибирской области в целом, Искитимского района, города Новосибирска и Советского района города.
Провести анализ растительности традиционными наземными методами весьма затруднительно, поэтому достижения поставленной цели эффективным и актуальным средством является использование данных дистанционного зондирования Земли. Объектом исследования является динамика растительности, предметом -технология анализа динамики естественной и лесопарковой растительности по спутниковым данным на примере Новосибирской области и города Новосибирска.
Для решения поставленных задач используются архивные мультиспек-тральные космические изображения высокого разрешения, полученные с космических аппаратов Landsat 5, Landsat 7 и Landsat 8, на периоды активной вегетации (июнь-август) 2003 - 2014 годы.[5, 6]
Картографическая основа в виде растровых изображений отдельных гео-привязанных листов карт была получена с помощью приложения SAS. Планета с сервиса Google Maps и использовалась для выбора точек, принадлежащих полигонам растительности [4]. В качестве программного обеспечения для интерпретации снимков использовался программный комплекс ERDAS Imagine.
Кроме выше перечисленных исходных данных, в ходе работы использовались данные электронных карт Новосибирска и Новосибирской области, статистические данные, содержащие общую информацию по городу, районам города и всей области в целом.[1, 4]
В результате обработки мультиспектральных космических изображений получены графики динамики вычисленной яркости растительности, приведенные на рис. 1 и 2, отражающие состояние зеленого фонда области и города за указанный период.
График динамики вычисленной яркости растительно сти
250 200 > g 150 и 1 100 s 50 0 20
02 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 Год
Рис. 1. Динамика значений вычисленной яркости растительности (территория Искитимского района и города Новосибирска)
График динамики вычисленной яркости растительно сти
180 160 „ 140 | 120 $ 100 5 80 К 60 40 20 0 20
02 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 Год
Рис. 2. Динамика значений вычисленной яркости растительности (территория Новосибирской области)
Анализ полученных данных показал, что состояние биомассы улучшилось, и поскольку число жителей возросло незначительно, что следует из графика, приведенного на рис. 3, обеспеченность зелеными насаждениями на душу населения также возросла.
Численность населения
3 000 000
ИТ
и 2 500 000
о
ч « 2 000 000
.0 1 500 000
н
о о 1 000 000
35
X а 500 000
п
0
V
2000 2005 2010 Год
Искитимский район и город Новосибирск
Новосибирская область
2015
Рис. 3. Динамика численности населения в Новосибирской области, Искитимском районе и городе Новосибирске
Необходимо отметить, что большим преимуществом Новосибирска перед другими городами является все еще сохранившаяся достаточно обширная территория лесов и сосновых боров, именуемая зеленой зоной города, что положи-
тельно сказывается на оздоровлении городской атмосферы. Значительные площади зеленых насаждений на правом берегу Новосибирска оказывают благотворное влияние на экологическую ситуацию в черте города.
Численность населения по Новосибирской области возросла лишь на 42 753 человека, что для области, незначительно. [1] Лесные массивы, в свою очередь, сохранились, что способствует благоприятной экологической обстановке в области, и в отдельных городах в частности.
Для подтверждения возможностей технологии оценки растительности по космическим снимкам проведен детальный анализ ситуации в Советском районе города Новосибирска.
Полученные данные мониторинга позволяют сделать следующие выводы: в период с 2003 г. по 2009 г. площадь лесов стала меньше, произошла вырубка и застройка некоторых лесных территорий. За период с 2009 г. по 2014 г. (рис. 4) в Советском районе произошло значительное сокращение лесных площадей, за счет появления новых объектов строительства: построен крупный жилой комплекс на проспекте Коптюга, начато строительство нового корпуса Новосибирского Государственного Университета.
-2003 год ■ -2009 год -2011 год -2014 год
Рис. 4. Динамика площадей естественной и лесопарковой растительности Советского района города Новосибирска за 2003 - 2014 гг.
(графические маски)
При этом в Академгородке, по данным специалистов Центрального сибирского ботанического сада, многие деревья находятся в неудовлетворительном состоянии и подлежат замене. [2]
Анализируя графики, приведенные на рис. 5 и 6, можно сделать вывод о том, что общая площадь зеленых насаждений уменьшилась, и, поскольку число жителей возросло почти на 7 тысяч человек, обеспеченность зелеными насаждениями на душу населения также снизилась.
Численность населения Советского района
140 000 § 138 000 Р 136 000 « 134 000 1 132 000 | 130 000 ® 128 000 я 126 000
^ 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
Год
Рис. 5. Динамика численности населения Советского района
города Новосибирска
250000 Площадь лесных объектов и объектов городской инфаструктуры
200000
гч 2 150000 100000 —^Площадь лесной растительности
.а д « Э о
-II
ч В 50000 0 20 ■ Площадь объектов
городской инфраструктуры
00 2005 Год 2010 2015
Рис. 6. Динамика площадей лесной растительности и объектов городской инфраструктуры Советского района города Новосибирска
На основании результатов исследования, можно заключить, что за период с 2003 года по 2014 год, при незначительном увеличении численности населения, ситуация с обеспеченностью зелеными насаждениями на душу населения в Новосибирской области и в городе Новосибирске, в целом, улучшилась.
Однако, в пределах Советского района города Новосибирска расчеты площади растительности показали не самые хорошие результаты: общая площадь зеленых насаждений уменьшилась, а, следовательно, при положительном приросте численности населения, обеспеченность зелеными насаждениями на душу населения снизилась.
Выполненные исследования позволили проанализировать динамику естественной и лесопарковой растительности и оценить её текущее состояние. Кроме того, итоговые материалы могут быть полезны при планировании размещения новых зеленых насаждений, выявлении лесных пожаров, зараженных деревьев, лесных вырубок, проблемных территорий.
При наличии многозональных снимков более высокого пространственного разрешения появятся возможности уточнения границ площадей, занятых растительностью, повышения достоверности оценки её состояния и состава, что важно при осуществлении мониторинга области в целом, и, особенно, для оценки локальных объектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. База данных показателей муниципальных образований [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://www.gks.ru/dbscripts/munst/munst50/DBInet.cgi?pl=8112027, свободный.
2. Комментарии к аналитическому отчету ЦСБС [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://www.balatsky.ru/Akadem/rubkom.htm, свободный.
3. Общие сведения и описание Новосибирска [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://xn—7sbiew6aadnema7p.xn--p1ai/sity_id.php?id=3, свободный.
4. Google [Электронный ресурс]: - Режим доступа: https://www.google.ru/maps/, свободный.
5. USGS [Электронный ресурс]: U.S. Geological Survey - EarthExplorer / U.S. Department of the Interior. - Электрон. текст. данные, граф. данные и табл. - 2015. - Режим доступа: http://earthexplorer.usgs.gov, свободный.
6. USGS [Электронный ресурс]: U.S. Geological Survey - Landsat Missions / U.S. Department of the Interior. - Электрон. текст. данные, граф. данные и табл. - 2015. - Режим доступа: http://landsat.usgs.gov, свободный.
© О. А. Васильева, Е. Н. Кулик, 2016
