Изучение структуры и динамики земельных угодий на основе данных дистанционного зондирования земли (на примере Полесского государственного радиационно-экологического заповедника)

Казяк Елена Витальевна; Кохно Анна Александровна; Хрущева Екатерина Олеговна

УДК 528.88

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ ЗЕМЕЛЬНЫХ УГОДИЙ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ (НА ПРИМЕРЕ ПОЛЕССКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО РАДИАЦИОННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЗАПОВЕДНИКА)

Елена Витальевна Казяк

Беларусский государственный университет, 220050, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская 14, аспирантка, преподаватель кафедры геодезии и картографии, тел. (044)549-50-75, e-mail: [email protected]

Анна Александровна Кохно

Беларусский государственный университет, 220050, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская 14, студентка 4-го курса кафедры геодезии и картографии, тел. (044)798-20-71, e-mail: а[email protected]

Екатерина Олеговна Хрущева

Беларусский государственный университет, 220050, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Ленинградская 14, студентка 4-го курса кафедры геодезии и картографии, тел. (033)659-30-13, e-mail: [email protected]

Проведен автоматизированный анализ (радиометрическая и атмосферная коррекция, контролируемая и неконтролируемая классификация) космических снимков спутниковой системы Landsat. Дана оценка современной структуры земельных угодий Полесского ГРЭЗ, выявлена динамика земель при резком сокращении антропогенной нагрузки в период с 1986 по 2014 год, составлена тематическая карта земельных угодий на территорию заповедника.

Ключевые слова: автоматизированное дешифрирование земель, особо охраняемые природные территории (ООПТ), динамика экосистем.

RESEARCH OF STRUCTURE AND DYNAMICS OF LAND BASED ON REMOTE SENSING (ON THE EXAMPLE POLESIE STATE RADIATION ECOLOGICAL RESERVE)

Elena V. Kaziak

Belarusian State University, 220030, Belarus, Minsk, 14 Leningradskaya St., postgraduate student, tel. тел. (044)549-50-75, e-mail: [email protected]

Anna A. Kohno

Belarusian State University, 220030, Belarus, Minsk, 14 Leningradskaya St., student of the 4th year students of the Department of geodesy and cartography, tel. (044)798-20-71, e-mail: а[email protected]

Еkаtеrinа О. Khrushchevа

Belarusian State University, 220030, Belarus, Minsk, 14 Leningradskaya St., student of the 4th year students of the Department of geodesy and cartography, tel. (033)659-30-13, e-mail: [email protected]

An automated analysis (radiometric and atmospheric correction, supervised and unsupervised classification) space imagery satellite system Landsat was made up. The estimation of the modern structure of land Polessky SRER was conduct. Revealed the dynamics of land while dramatically reducing the anthropogenic load in the period from 1986 to 2014, compiled thematic map of land on the reserve.

Key words: automated interpretation of land, protected areas (SPNA), the dynamics of ecosystems.

Использование оперативной глобальной космической информации позволяет успешно осуществлять географические исследования особо охраняемых природных территорий (ООПТ), выявлять и оценивать происходящие в них изменения. Современные спутниковые системы имеют высокое пространственное разрешение и создают определенные перспективы на улучшение распознавания и классификации объектов, и предназначены для исследований природных экосистем на больших по площади территориях[1].

Полесский государственный радиационно-экологический заповедник (ПГРЭЗ) представляет особое значение для изучения современной структуры и разработки прогноза динамики природных ландшафтов и геосистем Беларуси. Заповедник имеет площадь 216,8 тыс. гектаров и является крупнейшей по размерам природоохранной зоной республики. Это уникальная территория с полным отсутствием антропогенной нагрузки, которая может служить резерватом сохранения биоразнообразия региона Полесья, Беларуси и Европы в целом. Заповедник был создан в 1988 году после аварии на ЧАЭС с целью контроля текущих изменений отчужденных территорий, реализации комплекса мероприятий по предотвращению выноса радионуклидов за пределы зоны отчуждения, проведения радиобиологических исследований и др.

Наряду с проблемами, имеющими отношение к радиации, в заповеднике остро стоят и другие вопросы. Динамические и эволюционные процессы, происходящие в ландшафтах, являются важным предметом современных исследований целого комплекса наук географического и биологического направлений.

Наиболее информативным приемом, позволяющим отобразить и изучить пространственную структуру земельных угодий, служит картографирование. Однако сложившаяся в Беларуси система мониторинга особо охраняемых природных территорий (ООПТ) не отвечает современным требованиям, особенно в плане оперативности и точности получаемой информации. Ситуация осложняется тем, что традиционные методы полевых исследований являются слишком материало- время- и трудозатратными. Заповедник имеет обширную территорию, абсолютно незаселенную, с труднопроходимыми болотами и лесными массивами, а также повышенным уровнем радиации.

Интенсивно развивающиеся методы цифрового картографирования на основе данных дистанционного зондирования Земли являются наиболее перспективными в решении данной проблемы. Преимуществом космического мониторинга данной территории является возможность получения как архивных данных значительной давности, так оперативных современных снимков. Для изучения динамики природных ландшафтов ПГРЭЗ в данном проекте использовались снимки ^съемочной системы Landsat 5 TM и Landsat 8, что позволило выявить динамику земель за период с 1986 по 2014 годы.

Тематическая цифровая обработка ДДЗ осуществлялась с помощью специ-авизированной компьютерной программы ERDAS Imagine. Её преимущество за-

ключается в возможности предварительной и тематической обработки в одном пакете и возможности быстрого перехода от результатов обработки ДДЗ к выполнению операций средствами геоинформационных технологий.

Предварительная обработка космических снимков заключалась в атмосферной коррекции - избавлении от атмосферной дымки, для которой использовался специальный модуль Atcor. Также проводилась радиометрическая коррекция, предназначенная для исправления искажений изображения. Далее была осуществлена автоматическая классификация для предварительной оценки исследуемой территории в целях подбора оптимального количества классов. Классификация с обучением проводилась в соответствии с заданными обучающими выборками, созданными на основе эталонно-калибровочных участков (ЭКУ). Эталонные участки создаются для достоверной интерпретации многозональных космических снимков с целью четкой и корректной идентификации объекта на космическом снимке, что в конечном итоге используется для создания обучающих выборок при автоматизированной классификации космических изображений.

Пространственный сравнительный анализ полученных в результате классификации изображений проводился в программном комплексе Агс018 9.3. Применение геоинформационных технологий позволило систематизировать картографические и атрибутивные данные, количественную и качественную информацию, согласовать их и наложить на общую географическую основу. Результатом проведенных исследований стали тематические карты земельных угодий на территорию заповедника (рис. 1).

Рис. 1. Изображение, полуенное по результатам классификации космического

снимка Ьапёва1-5 ТМ за 1986 год

В ходе исследования на изучаемой территории в 1986 было выделено 6 классов земель, а именно: водные объекты, лесные насаждения, редколесья, земли, занятые древесно-кустарниковой и пойменно-луговой растительностью, сельскохозяйственные угодья. На снимке за 2014 год был дополнительно выделен новый класс - заболоченные земли (рис. 2).

Рис. 2. Изображение, полуенное по результатам классификации космического

снимка Landsat-8 за 2014 год

Анализ изображений позволил сделать выводы о том, что за период существования заповедника (более 25 лет) в структуре его земель произошли значительные изменения. В первую очередь отмечается постоянная деградация бывших сельскохозяйственных земель. Сократилась площадь пахотных и суходольных лугопастбищных угодий. Происходит постепенное зарастание кустарниковой растительностью пойменных низинных болот и пойменных лугов, что обусловлено прекращением их традиционного использования для сенокошения и выпаса скота. В результате деградации бывших мелиоративных систем развивается повторное заболачивание и подтопление земель. Эти процессы в свою очередь ведут к изменению структуры фито- и зооценозов заповедника и представляют опасность для редких видов флоры и фауны, находящихся под угрозой глобального исчезновения.

Изучение структуры и динамики земельных угодий заповедника позволит спрогнозировать характер будущих изменений и позволит проводить своевременные мероприятия по предотвращению особо негативных и опасных процессов (пожары и т.д.). Результаты, полученные за счет комплексного

использования ГИС и технологий обработки ДДЗ, позволяют разработать рекомендации по повышению эффективности (а в некоторых случаях и целесообразности) проведения тех или иных хозяйственных, природоохранных и мониторинговых мероприятий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Применение геоинформационных систем и данных дистанционного зондирования для мониторинга особо охраняемых природных территорий Беларуси [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kosmoaerogeology.by/2009-12-12-01-36-16/content/96-2009-12-28-14-36-50.

2. Лабутина, И. А. Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ. Методическое пособие // И. А. Лабутина, Е. А. Балдина. - М.: WWF России, 2011. - С. 69-69.