Использование космической информации для мониторинга городских агломераций (на примере г. Киева)

Площадь территории под застройкой в г. Киеве увеличилась более чем на 15% от общей площади города за период с 1984г. по 2011г. непосредственно за счет уменьшения зеленых насаждений, а также застройки прибрежной зоны реки Днепр. Вместе с увеличением площади застройки увеличивается общий показатель загрязнения атмосферного воздуха приблизительно вдвое, что показывает непосредственное увеличение автотранспорта, который является главным загрязнителем воздуха (примерно 83,4% всех вредных выбросов в атмосферу). Именно эти факторы обуславливают необходимость проведения систематического космического мониторинга г. Киева.
Для решения данной проблемы необходимы не только комплексные знания о современном состоянии экосистемы, но и динамика изменений на протяжении длительного периода. Использование космической информации для мониторинга городских агломераций позволяет моделировать различные сценарии перспективного развития территории городов, разрабатывать долгосрочные прогнозы и накапливать статистические данные динамики изменений экологического состояния городских территорий.
При проведении геомониторинга города использовались спутниковые данные «Landsat 7/ETM +», «Landsat 5 TM», а именно выбраны и обработаны 16 снимков за период май - сентябрь с 1984 по 2011гг. Детальная информация, которая использовалась для выделения составляющих урболандшафта, получена с помощью использования космической съемки высокого разрешения, а именно со спутников компании DigitalGlobe – QuickBird.
Для обработки и интерпретации материалов ДЗЗ были использованы ПП Erdas Imagine и ArcGIS, а также специализированная программа, разработанная в нашем центре. Статистические данные, изменения площадей исследуемых ландшафтов, полученные на основе автоматической классификации и расчетов «спектральных индексов» (нормализованного разностного индекса растительности NDVI и нормированного водного индекса NWI). Автоматическая классификация выполнялась методом неконтролируемой классификации кластеров (Iso Cluster Unsupervised Classification).
В качестве методической основы исследований был использован системный подход, который всесторонне учитывает взаимосвязь процессов в сложной системе, включая технические, экологические, экономические и социальные аспекты. Это методы: системной динамики (для разработки модели и системного моделирования экологического состояния городской территории на основе космической информации ДЗЗ); многокритериальной оптимизации (для оценки динамики изменений составляющих урболандшафта и техногенной нагрузки); мультифрактального анализа (для исследования вариабельности составляющих мегаполиса).
В результате было выполнено системное моделирование влияния основных составляющих урболандшафта (зелёные насаждения, застройка, водные объекты, пустыри и строительные участки) на экологическое состояние города Киева. Использованный подход позволил с незначительными погрешностями прогнозировать изменение экологического состояния городских территорий под влиянием различных факторов и дал соответствующим службам города возможность своевременно реагировать на возможные последствия.
Путем определения по космическим снимкам структуры составляющих урболандшафтов вычислена интегральная функция соответствия, которая имеет корреляционную взаимосвязь с наземной оценкой экологического состояния городской территории с вероятностью 0,85, что вполне достаточно для оперативного контроля экологического состояния территории на основе космического геомониторинга.
Использования фрактальных индексов позволило изучить изменчивость составляющих урболандшафта г. Киева на протяжении исследуемого периода (c 1984г. по 2011г) и оценить их влияние на экологическое состояние окружающей среды.
Перспективность использования рассмотренных методов заключается в возможности на основе космической информации ДЗЗ построения интегральных оценок экологического состояния городских агломераций и прогнозировать их дальнейшее развитие.