Геоинформационная технология трехмерного моделирования Urban Heat Island по данным ДЗЗ

Тепловое картографирование городов имеет большое значение при экологическом анализе состояния территорий. Мировая концепция создания температурных карт городских территорий известна как UHI (Urban Heat Island) – "городской тепловой остров". С использованием современных геоинформационных технологий, результаты температурного картографирования представляют как в двумерном, так и в трехмерном видах.

Авторами работы проведены исследования по выявлению температурных аномалий Днепропетровска. Полученные результаты позволили создать методику теплового картографирования, являющуюся основой геоинформационной технологии космического мониторинга теплового состояния городов.

В докладе рассмотрена геоинформационная технология трехмерного моделирования UHI по данным разновременных съемок сканером Landsat‑5 TM.

Технология обеспечивает моделирование распределения приповерхностной температуры с повышенной пространственной разрешающей способностью на территории исследований.
В ходе моделирования UHI проанализированы семь осенних (18.09.1984, 08.09.1986, 11.09.1987, 23.09.2003, 15.09.2006, 18.09.2007, 10.09.2010) и четыре летних (07.08.1986, 01.07.1990, 21.07.2009, 28.08.2011) сцены Landsat‑5 TM территории Днепропетровска (Path: 178, Row: 26, опорная система WRS-2). Данные съемки предоставлены центрами NASA Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS) и USGS Earth Resources Observation and Science (USGS EROS).

В дополнение к перечисленным исходным данным, использованы материалы радарной топографической съемки SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) Level-1 с пространственным разрешением 90 м (3 угловых секунды), а также растровая карта города и ортофотоплан на основе космоснимка сверхвысокого разрешения WorldView-2 (пространственное разрешение 0,5 м), дополнительные заверочные данные.

В основе технологии лежит процесс преобразования данных 6-х каналов сканера TM (пространственное разрешение 120 м) в значения температуры подстилающей поверхности каждого из исследуемых космоснимков. Практически плавные, незначительные перепады температур от снимка к снимку, дали усредненные значения с последующей интерполяцией на регулярную сеть с шагом 10 м. Технология включает ряд этапов преобразований данных в программном продукте ENVI, моделирование в ArcGIS ArcMap (2D) и ArcGIS ArcScene (3D). Для более детального анализа температуры в качестве подложки использован космоснимок WorldView-2, совмещенный в среде ArcScene с данными SRTM.

В результате применения предложенной геоинформационной технологии, созданы усредненные модели UHI Днепропетровска за осенний и летний периоды, проведено картографирование зон с повышенным тепловым фоном.

Участки, обладающие повышенным тепловым фоном на территории города, – корпуса предприятий, высотные здания, гаражи, стадионы, спортивные площадки, открытые почвы, несанкционированные места складирования бытовых отходов, песок, промышленные отвалы предприятий.

Наименьшие температуры на территории города зафиксированы в зонах овражно-балочных структур, парковых зон, участков влагосодержащих почв.