Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Разработка информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса"

lia правах р) копией

ИОД1 01'НЛЯ НАДЕЖДА АДЕКСАНДРОШ1Л

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АЭРОКОСГЛИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ МЕГАПОЛИСА

Специальность 25 00.36 - "Геоэкология"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2008

003452145

Рабсма выполнена па кафедре прикладной эколо] ни в Московском государственном университете геодезии и картографии

11а> чиый р> коподитсчь

доктор геолого-мннералогнческих' паук, профессор Садов Алексеи Васильевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Ашичмнна Тамара Яковпевна

кандидат физико-математических на) к, профессор Крупснио Николай Николаевич

Ведущая организация

Московский гос> дарственный областной университет

Защита диссертации состоится « 4 » декабря 2008 г в 12

час

на заседании диссертационного совета Д 212.143 02 в Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу 105064. г Москва. Гороховский переулок, д 4 Зал заседания Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета 1еодезни н картографии

Лвгорефераг разослан «30>

Ученый секретарь диссертационного совета

С А Сладкопевцев

01>щля \л1'\к1 ы-пстикл рлгогы

Л|.-1\:п1.иос11. 1ГМ1.1. Москва, как мегаполис или, точнее, городская апомерагшя, сформировалась п процессе историческою развития в значнтетьной мере анхшшо Строительство промышленных предприятий и жилых районов пелось до 1935 г без серьезного экоюгического обоснования Большая часть естественных лесов и растительности в ближайшем Подмосковье к началу 90-х годов уже была сведена, а занимаемая ими территория оказалась под промышленной, жилон застройкой п сельскохозяйственными угольями [ем самым нарушено естественное соошошепне ландшафт« в регионе п н\ роль и ре1у шроги-шш многих, шггог пчеекпх параметров среды обитания населения ПроисходиI разрешение естественной нрнродпон среды, серьезное обосфенне экологических н соцналыю-гшиенических проблем, снижение качества всех компонентов среды не тотько для населения, но и растительности и животного мира Это касается как атмосферного воздуха, так и почвы, поверхностных и триповых вод, сельскохозяйственной продукции, выращиваемой па ближних к городу территориях Серьезные последствия указанных процессов в Москве отмечаются в почве, раститетьном покрове, в гибели и исчезновении многих видов растеши'!, снижении сроков жизни деревьев в городских насаждениях, в значительном сокращении ассимиляционной поверхности (тистья и хвоя) в кронах деревьев, появ |снни на них 0/К01 о в (некрозов) и усыхапип вешен, ухудшении жизненною состояния и выполнении ■экотогнческич (репдяшм чнешты и микроклимата). архшекгурпо-метнчсских и других функций Нхтгщо серьезное у чу дшенпс состояния здоровья насетепия, снижение продолжительности жизни, обострение демографических процессов Все ло отмечается в работах ряда авторов [Горьшшна Т К , 1991, Гришина Л А , 1990, Нпкотаевектш В С , 1998. 2000, Путтырев Г: И и Якубов X Г , 1997. 1999, 2000. Фролов Л К , 1998. Якубов X Г , 2001, 2005]

Учитывая важную роль зеленых насаждений в юроде, необходимо кошро шровагь состояние растительности, выявлять причины ее деградации и корреляционно зависимое ог нее уровней загрязнения городской среды для благоустройства и озеленения

Это обуславливает необходимость осуществления мониториша состояния зе тепых насаждении, в том числе и аэрокосмнческимн методами В этой связи разработка информационною обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса является весьма актуальной темой шаедовашш

Осиопнои запачей раДптм является разработка содержания информационного обеспечения аэрокосмнческого мониторинга зеленых насаждений мегаполиса (на примере Московской городской агломерации)

Для выполнения поставленной задачи было необходимо

1 Провести анализ состояния проблемы мониторинга зеленых насаждении мегаполиса и определить основные нагтрав гения исследований

2 Охарактеризовать состояние зеленых насаждении Москвы и бшжпего Подмосковья

3 Определить роль и значение зетеных насаждений мег аполиса и их функции в городе, оценить влияние различных факторов на состояние зеленых насаждений, разработать методику оценки экологического состояния древесных, кусгарпико-

выч н травянистых растений и составить экологический паспорт ценного природного объекта

4 Разработать содержание и технологию информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса, включая обшую структуру мониторинга и его отдельных блоков

5 Апробировать результаты выполненных исследований на опытно-экспериментальных тестовых участках при решении задач аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования являются зеленые насаждения и их состояние в мегаполисе, природные, градостроительные и архитектурно-планировочные факторы, влияющие на их изменение Предметам исследования служит информационное обеспечение аэрокосмического мониторинга зеленых насаждении в мегаполисе, включающее средства, методы и технологии его осуществления

Методы псслеювании состояли ш инвентаризации ценных природных объектов и зеленых насаждений в городе, дешифрирования материалов аэрокосмических съемок; наземных обследований различных типов озелененных территорий города; автоматизированной обработки данных и картографирования результатов исследований При этом использовался комплекс методов, включающих, аналитические, статистические, математические методы и моделирование, а также теоретические и методологические основы физиологии, биохимии, биофизики, молекулярной биологии и др связанные с проблемами экологии растении

Научная понизил исследовании состоит в следующем

- совершенствовании технологии информационного обеспечения аэрокосмнческого моиитортгга зеленых насаждений ме!аполнса;

- разработке методики оценки экологического состояния древесных, кустарниковых и травянистых растений и составлении экологического паспорта ценного природного объекта,

- составлении картографических материалов на основе автоматизированного дешифрирования и наземных обследований как результат аэрокосмнческого мониторинга с определением перечня и содержания экологических карт и других документов для принятия управленческих решений на региональном и локальном уровнях исследований зеленых насаждений

Иппктичесь'ая значимость работы. Результаты исследований использованы проектными организациями при разработке проектов озеленения юрода, префектурами административных округов по реконструкции, озеленению и благоустройству территорий; административно-техническими инспекциями и инспекторами Департаментов природопользования и охраны окружающей среды и жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства г. Москвы и Московской области - при формировании планов озеленительных работ и проведении инспекторских проверок, а также в учебном процессе на практических занятиях по курсам «Инженерная экология» и «Экология и мониторинг» в Московском государственном уннверентею геодезш! и картографии 4

Лнробаиня работы. Ре !)лыаш исследовании были доложены и обсуждены lia VIII (2004 г ). IX (2005 г ), X (2006 i ) ме>ызу зовских паучпо-нрлктических семинарах студентов, асппрашов и молодых ученых Московского региона по актуальным проблемам эколотче-скон безопасности и рациональному природопользованию, проблемам эколопш п сохранения здоровья населения, по актуальным проблемам экологии и природопользования, конференциях Московского государственного университета геодезии и картографии (2004 г. и 2007 г)

Личным пк-чщ ¡штора заключался в сборе и обобщении информации по изучаемой пробтеме, в разработке содержания информационного обеспечения и технологии аэрокосмического моипюрпнга зеленых насаждении юрода и получении экспериментальных материалов по автоматизированному дешифрированию и наземному обоснованию с оценкой состояния зеленых насаждении па тестовых участках московского мегаполиса с особым режимом природопользования (Парк культуры и отдыха «Сокольники», лесопарк «Кузьминки», Национальный парк «Лосины» остров», лесные массивы Солнечногорского зг Истринского районов Московской области)

Осноппыс результаты исслсщпаиии, ruhochmi.ic на защиту

1) усовершенствована мешдика оценки экологического состояния зеленых насаждений в городе, опредетсна их роль, значение и функции в системе санитарно-гигиенических и декоративно-планировочных решений Предложены классификационные матрицы комплексной экологической оценки состояния зеленых насаждений древостоев, кустарниковой н травянистой растительности Разработан макет экологического паспорта ценного природного объекта,

2) определено содержание ir разработана технология информационного обеспечения аэрокосмнческого мониторинга зеленых насаждений мегаполиса, выбрана система количественных н качественных показателей, определены методы и средства аэрокосмического мониторинга, процедуры визуального и автоматизированного дешифрирования, составлен перечень и определено содержание картографических и других материалов, отражающих результаты аэрокосчнческого мониторинга зеченьгч насаждений для принятия управленческих решений,

3) осуществлена практическая реализация результаюв исследований и апробации технологии информационною обеспечения аэрокосчнческого мониторинга зеленых насаждений мегаполиса при решении конкретных задач ira тестовых участках в пределах Москвы и Московской обтастн

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе две работы из списка изданий, рекомендованных ВАКом

Структура н «Пьем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения. 5 глав и заключения Общин объем работы 172 страниц машинописного текста и включает 26 таблиц, 31 рисунок. Список лшературы состоит из 116 наименований, в том числе 16 иностранных авторов

Автор выражает большую благодарность руководшелю, профессору Л В Садову , за оказанную помощь в подготовке диссертационной работы, профессору В А Малшшикову, профессору С А Сладкопевцеву, профессору Р Г Мамину за ценные замечания и рскомен-

5

дацни по улучшению работы, а также сотрудникам кафедры Прикладной экочопш нроф ВИ Бурову, проф Л Л Мельникову, доц ЮФ Слезетшу за помощь и поддержку в процессе подютовкн и обсуждения работы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются основная задача исследования, охарактеризована научная новизна, практическая значимость работы и основные результаты исследований

В первой гласе рассматривается состояние проблемы мониторинга зеленых насаждений, и определяется задача исследования и пути се решения

В условиях интенсивного градостроительного развития и хозяйственного освоения территории города ценность зеленых насаждений Москвы, обеспечивающих комфортность городской среды обитания, постоянно возрастает Учитывая экологическую значимость, оздорошпетьиые. рекреационные и декоративно-планировочные функции зеленых насаждений ятя города, в Москве с 1997 г ведутся работы по мониторингу состояния зеленых насаждений

При проведении исследований сдачей такого мониторинга была оценка состояния и эффективности зеленых насаждений в регуляции микроклимата и качества среды обитания городского населения, а также повышения нч архитектурно-эстетических и других функций Этим вопросам посвящены работы Бутакова П Д, 1996, Ишкова А Г , 1996, Кочаряна К С , 1992, 2000, Пикотаевского В С , 2001, Пупырева Е И , 2000, Якубова ХГ, 1996, 2001, 2005

Научные исстедования по ряду аспектов мониторинга и ведению юродскою зеленою строшельства осуществляли Академия коммунальною хозяйства. Главный ботанический сад РАН, Институт лесоведения РАН. Московская сельскохозяйственная академия им К А Тимирязева и др В большинстве случаев изучались отдельные аспекты роль зеленых насаждений в улучшении микроклимата и качества атмосферного воздуха, влияние некоторых промышленных га »в на растительность, анализ ассортимента декоративных растений для городского озеленения, методы опенки н повышения устойчивости растений и др

Рафаботка программы мониторинга состояния зеленых насаждений в Москве была возложена на ОАО «Прима-М»

Начиная с 2006 г, за организацию и проведение работ по мониторингу состояния зеленых насаждений па территории юрода Москвы оюечает Департамент природопользования и охраны окружающей среды (постановление Правительства Москвы от 8 ноября 2005 юда № 866-ПП «О функционировании единой системы экологического мошгториша г Москвы и практическом использовании данных экологического мониторинга»)

На основе анализа состояния проблемы мониторинга зеленых насаждений Московского мегаполиса можно заключить, что в мониторинге зеленых насаждений мегапочнеа недостаточное внимание уделяется использованию аэрокоемнческнх методов, выполненные разработки касаются отдельных вопросов п ие увязаны между собой, отсутствует единая технология проведения мониторинга зеленых насаждений

Поэтому создание информационной системы аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегапошеа является весьма актуальной з&тачен 6

Во iiTopoii главе освещайся современное состояние зе ichi.ix насаждении Москвы и Слилпсю Подмосковья Проападпшровапо влияние природных условии Московской ю-родскои аиомерацпн (рельеф, пироюшя, к шмат, соеюянне ашосфсры. почвенные условия, процессы) па формирование и pacupoeipaiienne растительности Особое внимание уде-лепо интенсивному влиянию lexiioiemiux и ашрошненных naipy зок па сосгоянпе зеленых насаждений Москвы и Подмосковья

В работе охарактеризованы древссно-кустарниковыс насаждения, состав шощие основ) о членения Москвы и ó шжапшет Подмосковья, проанализирована возрастная структура насаждении н их жоло! нчсское состояние, отмечен характер повре кденни Опрс ie ícn комплекс по провелешпо мероприятий по благоустройству п oieicnciiino, а также сохранению ненних природных объектов, необходимых лая у ту чтения состояния jeiciiux насаждении

В третьей гласе усовершенствована меюдика оценки соеюяпня ¡с 1сных насажде-1Ш11 мсгапотиса, онредстсна их роть н ■значение Они выпочняют санптарно-ппиеиическую (лологпческую, оздоровительную, рек-реашюнную) и декоративно-планировочную функцию Рассмотрено влияние различных факторов на состояние зеленых насаждении К ним относятся естественные факторы пару шення у стон'пшостн городских зееов и лесопаркового защитною пояса Москвы (пебиюпрляшые поюдные уеюиня н етпхпппые бедствия, комплекс 1ШИСВЫХ н некро шо-ракових бо lejiieíi, повреждения лесов насекомыми, повреждения лесов дикими копышымн), anipoiioieiinue факторы небтаюприяпюго воздействия на леса Москвы (загрязнения а1мосфери, поверхностных и ipyiiiOBUx вод и почиы промышленными и быювыми отходами, избьпочное рекреационное возлсиснзие, сопровож-дающееея унлогпепнеч почвы, нарушением растительного покрова, образование пешеходных троп и дорог на территориях с особым режимом природопользования, а также постоянно возникающие лесные пожары)

Охарактеризована методика и предложены типовые матрицы для оценки экологического состояния древесных, кустарниковых ц травянистых растении (таб i 1-3) Таблица 1

Матрица для оценки состояния поврежденностн древесных насаждении

Состояние повреждений растительности Качественные признаки показа¡еля повреждений Оценочный балт

Повреждения о i с> та в_\ ю i Не заметно \гнетение естественных и искусственных на^ажде-шм, сохранение ф\ нкционаиного рарпоресия 0-1,0

Слабое посрс/кдспие Заметно счлиое повреждение 1! угнетение растительного шк-ро-ва скр\ч!шапие и пожелтение листьев Слабое !ьр>шелие фмпхцпонатьною равновесия самовосстанов 1енио р.о>моляо ~ U -2,0

Сильное поЕреЛчденле Стыюе повреждение и >гнетенне насаждений, массовое хсы-хачие шетьев, гибель отельных экземпляров Часшчпая потеря фигышондлыюги равновесия, биота не справ 1ястся с антропогенными нагр\зкамн Необходимо проветенпе метиорашш 2,1 - 3.0

Очень сильное поврелтепгге Очень апьное порреждеипс:, \сы\агше массы побсчов, не возможность длительного существования искусственных насаждении Необратимое нарушение функционального равновесия, исключающее самовосс ганок юн не 3,1 -4 0

Потное \сьг\ание Полное усыхапие растении и погс^ря санитарно-гипк.%ническнх, "»ко 101 ичсскнч, оздоровительных и рекреационных фуНКЩЫ Прямой контакт человека с растительным покровом опасен для его здоровья 4 1-50

Аналогичные матрицы составлены для опенки состояния кустарниковой и травянистой растительности (табл 2,3) Таблица 2 ______Матрица для оценки состояния .с. эт арниковой раеттсльносчи_

Состояние кустарниковой растительности Качественные при знаки Оценочный балл

Благоприятное Кустарники здоровы, возраст до 30 лег, неомодоженные, сухих ветвей нет или встречаются единично 0-1,0

Условно благоприятное Омоюченные кустарники в хорошем состоянии, сухих ветвей нет или встречаются единично 1,1-2,0

Удовлетворительное Кустарники старше 30 лет 11 и III генерации в хорошем состоянии, с\'\и\ ветвей нет 2,1 -3,0

Неблагоприятное Распадающиеся кустарники на старых корнях с большим количеством счхих ветвей и сучьев 3,1 -4,0

Кризисное Кустарники в стадии полного распада (сохранилась слабая поросль на старых корнях) 4,1-5,0

Таблица 3

Матрица для оценки состояния травянистой растительности

Состояние травянистой растительности Качественные признаки Оценочный балл

Благоприятное Травяной покров не нарушен, представлен травами, типичными для данного элемента ситуашш 0-1,0

Условно благоприятное Травяной покров частично вытоптан (до 5%), в нем появляются сорные или нехарактерные для данного элемента ситуации виды (5-10%) U -2,0

Удовлетворительное Травяной покров вытоптан на 6-10%, сорные или нехарактерные для данного этемента ситуашш виды составляют 11-20% Почм уплотнена 2,1-3 0

Н сблагоп р ия тное Травяной покров развит слабо, вытоптан на 41-60%, сорные и нехарактерные для данного ттемента ситуации виды составляют 21-50% Почва сильно уплотнена, имеется строительный и другой мусор 3,1 -4,0

Кризисное Травяной покров вытоптан на 61-100% или представлен сорными и нехарактерными для данного этемента ситу ании видами Почва очень ситьно уплотнена много строительного и другого мусора 4,1 - 5,0

Дополнительно составлены матрицы для оценки устойчивости насаждений к загрязнению атмосферы и сильным ветрам, влиянию почвенных условий на ироду кшвность растительного покрова н влияшно условий увлажнения, подюплепия и глубины залегания грунтовых вод на состояние растительного покрова

Балльная оценка характера воздействия различных факторов на состояние зеленых насаждении в отдельных территориальных образованиях производится на основе экспертных оценок ведущих специалистов, занимающихся изучением изменений насаждений городских лесов н лесопарков, изменений их средообразующих н защитных функций для решения вопросов оптимизации лесопользования и охраны окружающей среды

В работе представлен макет экологического паспорта ценного природного объекта, на основании которого определяется его экологическая ценность К экологическому паспорту прикладывается ситуационная схема размещения объекта в масштабе 1 10000-1 25000 и план-схема объекта в масштабе 1 5000

Основными признаками для оценки экологической ценности являются эстетическая значимость ландшафта, степень поврежденное™ древесных, кустарниковых и травянистых насаждений, сохранность коренных и производных древесных пород и декоративное качество редковстречаемых видов

Уровень эстетической шачимосш природного обьекта оиенивае1Ся по показателям рельеф поверхности, дрепироваппость, обзорнос1Ь, проходимость, захламленное 1ь, прпвле-ка1елыюс1ь п доступность береюв водоемов для 01дыха По зшм показателям выделены |ри класса высоким, средним и низкий

Состояние древесных, кустарниковых и травянистых насаждении оценивается па основе описании, составленных с использованием матриц (табл 1, 2, 3) По качественным признакам состояния повреждения древесных пород, состояния кустарниковой н травянистой растительности определены оценочные баллы и категории их состояния благоприятное, устовно благоприятное, удовлетворительное, неблагоприятное, кризисное

Декоративное качество редковстречаемых видов деревьев определяется по плотности, форме и развшшо кроны, плошостп и величине окраски листьев (хвои), форме и сосюяшпо стола По ним признакам приводятся балльные оценки Суммирование оценок всех признаков указывает на категории декоративности хорошая, удовлетворительная, неудовлетворительная

Анализ состояния зеленых насаждении мегаполиса определяет необходимые мероприятия по реставрационным рубкам, рубкам ухода и санитарных рубок, а также восстановительных посадок н улучшению состояния растительности вислом

В четвертой главе рассмотрена технология информационного обеспечения а}ро-космпческого мониторинга зеленых насаждении н его структура Структура информационного обеспечения включает следующие блоки входная информация, получение, первичная обработка и преобразование информации, распознавание информации, проверка информации, форма выдачи информации и использование информации (рис 1)

Блок входной информации включает объекты аэрокосмнческого мониторинга зеленых насаждений, оптические н спектральные характеристики зеленых насаждений, спектральные диапазоны электромагнитных волн, используемые для изучения растительности

Объекты аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений подразделяются на три группы градостроительные характеристики озелененных территорий, характеристика состояния зеленых насаждений, характеристика состояния окружающей среды

Оптические и спсктрспъные характеристики зеченых насаждении Материалы аэрокосмических съемок являются основой современного изучения зеленых насаждений Оценка их состояния дистанционными методами базируется на изучении спектральных особенностей изменения отражения растительного покрова в результате техногенных воздействий Оптнчесмге (спентрофотометрнческне) характеристики коррелируются с физико-биологическимн свойствами растений н позволяют оценить степень их пораженноеттг даже на ранней стадии их проявления еще при отсутствии видимых признаков у гнетення

Типичный вид кривой спектрального отражения древесной растительности побывает, что на спектральное отражение в диапазоне 0,4-0,7 мкм преобладающее воздействие оказывает содержание листовых пшмепюв (зеленою - хлорофилла и желтых - каротина и ксантофилла) В ближнем ПК-диапазоне спектра (0,7-1,3 мкм) отражательная способность растительности преимущественно зависит от особенностей клеточной структуры хвои и иг-стьев, а в диапазоне 1,3-2,5 мкм - в первую очередь, от содержания в них влаги

-¥- Форма выдачи информации

Цифровые моде in -1 <- Описательные модели Графические моде in

V

[ 1спольЮ!!.а!!ие информации

Рекомендации по охране зеленых насаждении, благо} стройству и 05еленению

1'ис 1 Информационная ciicieua аэрокосмнческого мониюринга зеленых насаждений

В наибольшей степени поглощение листовыми пшмепгачи световой энергии проявляется в красной области спектра (0.6-0,7 мкм). здесь кривая сильно вогнута и эту часть кривой иногда называют "хлорофилловой ямой" Минимум поглощения и соогвегственно наибольшее отражение световой энергии для всех пигментов в видимой части спектра лежит, как известно, в зоне зеленых лучен (0.52-0,60 мкм), обеспечивая зеленую окраску растительности Эту часть криво!! спектра иногда называют "зеленым пиком"

Основные физиологические процессы в растениях фиксируются в разных спектральных диапазонах (табл 4) Таблица 4

Фпзиоло! ические процессы в растениях, фнксиру юшиеся в рашых _спектральных диапазонах_

К^ ка- Грлшшы спектрального диапазона. Характеристика диапазона

ната зоны (мкм)

1 0,38-0,6^ Зона хлорофнльною поглощения

2 0,63-0,8 Граница зоны хлорофтъного поглощения

3 0 8-1,0 Зона максимума клеточного поглощения

4 1,0-1,75 Зона преимущественною поглощение водой, содержащейся

в тканях листа

Исходя из этого, определяются спектральные диапазоны электрочапшгиых волн, которые используются для изучения растительности

ВтНшый и йтжпиы ПК-диапаюны наиболее широко испо тьэуюгея ,ия нелеп ц«и-графировлния, инвентаризации и мониторинга фнтоеапнтарного состояния чесов. л также пзу чення послепожариой обстановки и оперативного обнов 1сиия карт лесов

Данные шешосоео НК-хтОироышия зеленых насаждений, наряду с данными видимого и радио диапазонов, успешно используются в процедурах картофафпроватшя и классификации шпов леенои растительности Они позвотяют учитывать в шянпе топографических факторов и состояние раеппе 1ытост в зависимости ог распределения гемнературы г;ну грп лесного покрова

Особенно эффективно in.no и.зопанпе ПК-данных для обнаружения сьрышх очаг он тесных и торфяных пожаров и зон горения, оценки последствии крупных пожаров и туче-пне тееовоеетаповлсшгя, а также для изучения фит осаии г арного состояния теса

Использование средствраОиооиапашиа позволяет своевременно обнаруживать скрытые очаги пожаров, контротировать динамику их распространения, картирован, гари, а также производить картирование и инвентаризацию лесов, оценнвагь запасы древесины, определять зоны повреждений леса, связанных с воздспс1впем вредите теп и антропогенной пзгру зхой

Анализ приведенных данных об информативности различных спектральных диапазонов свидетельствует о пеобходпуюсш комилекспроиаштя рлзшчных виюв съемок при нз_\-ченни растительного покрова

Б ток по I) чепии первичной оораоотш и преобраювания информации включает в себя виды и рсжиу1Ы съемок, технические средства получения аэрокосмической информации. первичную обработку и преобразование изображений

Виды а цюкосиических съемок Лэро- космические фотосъемки в настоящее время являются основных! методом получения информации ятя изучения зеленых насаждении Сущность многозональном фотосъемки заключаем в одновременном получении нескольких геометрически идентичных черно-белых изображении в узких спектральных зонах фотографической части электромагнитного спектра Наиболее гшфорутпшга для оценки зеленых насаждении .многозональная аэрофотосъемка (МЗАФС) в четырех спектральных зонах 1 - 0,46-0,50 мкм, 2 - 0,52-0,56 мкм, 3 - 0,64-0,68 мкм. 4 - 0,79-0,88 мкм

Многоспектрстная (сканерная) съемка проводится в нескольких узких- спектральных диапазонах 0,4-14 мкм В качестве съемочных систех! используются специальные хстроист-ва - сканеры, обеспечивающие полу ченне снимков в 3-х и более спектральных диапазонах с разрешением па местности от 2 до 45 м Регистрация информации в цифровоуг виде производится па магнитный носитель, что исключает доиолинтетытый процесс - оцифровку изображения при использовании компьютерных технологий

Газовая аэрофотосъемка фиксирует наличие в атмосфере различных тазов (например, оксидов азота, углерода, паров ртути), что позволяет составить карту' загрязнения атутосфе-ры в районах городских агломераций, которая в дальнейшем может быть использована для оценки состояния растительного покрова

Лэроючыюя съе\:ка заключается в отборе веществ, наприхтср, тяжелых хтсталлов. находящихся в атмосфере в аэрозолытоут состоянии, с последующим лаборлюрпыут анализом

Технические средства получения аэрокосмической информации Для целей аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений наиболее рациональным является использование информации со следующих космических аппаратов, пространственное н спектральное разрешение которых вполне может удовлетворить задачам лесного хозяйства QuikBird, IKON OS, SPOT, ASTER, Landsat ETM, NOAA и системы Ресурс Ф, Ресурс О, Ресурс-ДК

В табл 5 приведены виды и параметры аэрокосмических съемок, которые рекомендуется использовать для оценки состояния зеленых насаждений и экологических условий в городских агломерациях Таблица 5

Виды и параметры аэрокосмических съемок для оценки сосюяння зеленых насаждений

и экологических условий их местообитания

№ п/п Решаемые задачи (вид карт) Вид и система съемки Аппарату рз Масштаб фотоснимков или разрешение на местности сканер-ньгх снимков Технические данные Сезон съемки

1 Региональный уровень

1 Комплекс основных экологических задач, инвентаризация и оценка состояния лесов QuikBird, IKONOS. SPOT, Ресурс-ДК КФС Сканерные системы МК-4, КФА-ЮОО 2,44 м 1-4 м 5-10 м 1-3 м 1 250 ООО М но госпе ктральная сканерная съемка Многозональная фотосъемка Лето -»-

2 Районирование территории по степени влияния источников теплового излучения NOAA Landsat AVHRR ЕТМ+, TIR I км 60 м Тепловая -»- Весна, осень

3 Картографирование типов леса и у словнй их обитания Landsat ЕТМ+ 1 100 000-1 200 000 Многозональная сканерная съемка Весна, осень

2 Локальный уровень

1 Состав лесонасаждений, возраст и состояние АФС МСК-4 1 17 000-1 35 000 Многозональная Осень

2 Загрязнение атмосферного воздуха (приземные слон) Газовая и аэрозольная съемка Лазерный газоанализатор ЛГА Высота полета 100 м Монитор телевизионной камеры Лето

3 Обнаружение лесных и торфяных пожаров, ле-совосстановлсние Тепловая аэросъемка «Вулкан» 3-4 м Съемка в спектральных диапазонах 3-5 и 8-12 мкм Весна, лето, осень

4 Оценка поражения растительности Многозональная АФС МСК-4 1 10 000-1 50 000 Съемка в 4 канатах Лето

5 Паспортизация ценных природных объектов Многозональная АФС МСК-4 1 5 000 Съемка в 4 каналах Весна, осень

Как видно из таблицы, задачи локальною уровня решаются па основе специальных аэросъемок, а регионального уровня - на основе космических съемок

Первичная обработка и преобразование изображений Обработку данных дистанционного зондирования разделяют на два вида 1. Предварительную - преобразование исход-нон информации в продукты пригодные для дальнейшей работы с ними (радиометрическая калибровка, геометрическая коррекция, географическая привязка), 2 Тематическую - интерпретация данных предназначенных для решения конкретной задачи (модели рельефа, составление картографической основы и т д ) Для обработки растровых данных (т е космических и аэронзображений) служат F.RDAS IMAGINE, ENVI, OrthoMap TNTmips Технологическая схема обработки космоснимков приведена на рис 2 12

Блокриспоншешшя информации включает дешифрирование, шпикапию, экстраио-пяцшо резу льтаюв дешифрирования

Дешифрирование Випалыюе дешифрирование осу шествляегся по набор) дешнфро-вочиых признаков фотометрических, фиксирующих различие спектрально отражательной способпосш - топ (цвег), морфоюеичесиа, передающих внешни!) облик обьекга - форм), размеры, ра!мещеиие 1епп, рисунок (структуру и текстуру) и стереоистричссьих, определяющие высотные харак1ернстнкн

Рис 2 Техиотог ическая схема обработки космоснимка

По резулыатам дешифрирования устапавтнваюгся катеторин лесов разной степени повреждения промышленными выбросами (по доли погибших деревьев) сильно поврежденные, сугцеагзегшо поврежденные, частично поврежденные, сгабо поврел;денпые

По материалам дешифрирования азроеннмков возможно пот)чепие котичественных характеристик дрсвостосв площадь тесного массива и отдельных выдслов, высота и толщина деревьев, расстояние между деревьями, ту стота леса и сомкнутость лесною покрова

Автоматизированное дешифрирование растите тьности представляет собой довольно сложную проб тему Решение этой нробтемы можно свести к автоматизации отдельных последовательных и взаимосвязанных операции а) автоматизированное выделение -фильтрация изучаемого объекта па фойе зашучтеииою (информационного) азро- и космическою изображения, б) автоматизация пол)чеш!я количественной информации об объектах на основе формализации фотоизображений, классификации объектов дешифрирования и их изображений, в) автоматизация распознавания объектов на основе количественной информации, получаемой с аэрокоемнческих снимков, г) автоматизированный анализ и оценка состояния растительности, д) автоматизированное картографирование по магериа-лам азрок-осмическпх съемок с использованием ГИС-течподогий

При автоматизированном дешифрировании аэрокосмпческих снимков используется комплекс программных средств ERDAS IMAGINE, ENVI, OrthoMap TNTmips, IDRISI

Индикация При дешифрировании аэро- и космических снимков широко используется ландшафтная индикация, в том числе и растительные индикаторы

Растительными индикаторами могут служить как отдельные растения и фнтоценозы, так и особенности строения и состав растении, которые в силу тесной связи с различными элементами ландшафта указывают на характер распределений и динамику условий окружающей среды

Ландшафтная индикация может разделяться по ее назначению на нескотько уровнен а) оценочный, определяющий такие показатели, как качество среды, нормирование хозяйственных нагрузок, устойчивость геосистем, адаптивность, оптимальность функционирования, б) прогнозный, оценивающий состояние объектов при реализации конкретных проектов природопользования, в) результирующий - отражающий корректность усилий, правильность выбора тактики природопользования, г) интеграционный - обеспечивающий суммарную оценку состояния зеленых насаждений и разработку мероприятий по бтагоусг-роиству и озеленению территории

Таким образом, ландшафтная индикация имеег опосредованный характер, отражая вероятность развития определенных процессов, выступающих как условия хозяйствования, предпосылки изменения в природе

Экстрст01я11ая результатов дешифрирования Экстраполяция представляет собой процесс, связанный с распространением информации о депшфровочных признаках и объектах дешифрирования с изученной территории на неизученную в условиях неопределенности Она осуществляется с помощью дешифровочпых операций и оценки устойчивости индикатора в пределах ареалов экстраполяции

Различают ряд видов экстраполяции Внутриконтурная экстраполяция - распространение данных по аэрокосмнческнм снимкам на площадь элементарного контура растительной ассоциации по однородности фотоизображения Дальность экстраполяции составляет от 200 и более метров Внутриландгиафтная экстраполяция - распространение дешифровочпых признаков в пределах ландшафта с определенным и ограниченным комплексом природных условий (урочищ, местности, ландшафтов) Дальность экстраполяции достигает несколько десятков километров Региональная экстраполяция - распространение депшфровочных признаков в пределах физико-географического района между типами местностей и ландшафтами-аналогами Дальность экстраполяции исчисляется десятками и сотнями километров

Блок проверки дешифрованной информации включает в себя проверку дешифровочпых признаков, оценку надежности и достоверности индикаторов и результатов экстраполяции

Проверка достоверности результатов дешифрирования зависит от масштабов съемок, от спектрально-отражательной способности объектов, видов и материалов съемок, времени и сезонов съемки

Оценка наделености и достоверности индикаторов Для оценки надежности и достоверности индикаторов мшут быть использованы различные способы а) вероятностное оп-14

редетенне сопряженности индикаторов с объектами индикации, б) определение частых и общих коэффициент!! корреляции, в) определение информационных показателен сопряженности н лр

Оценка достоверности результатов экстраполяции Для оценки досшверпосгн результатов экстраполяции предусматривается определение частных и общих коэффициентов аналогичноещ

Эту задачу можно решить на основе использования регистрограмм, характеризующих структуру фотоизображения Для каждого из этих изображении строится своя репшро-грамма, по ним определяется «типичная» регистрограмм«], сравнение ко юрой с конкрешы-мн решетрограммамп позволяет судпгь о падежпост экстраполяции

Бюк формы выдачи информации включает в себя цифровые, описа1ельные и графические модели

Цифровые модечи Цифровые модели - это форма представления видеоданных в виде последовательных чисел, каждая из которых соответствует яркости (плотности) соответствующего участка изображения (элемента изображения) При этом последовательность чисел определяется положением ) гемегпа изображения в исходном изображении

Описатечьные модечи Описательными моделями могут служить словесное описание дешнфровочпых признаков н ландшафтных индикаторов, которые сведены в таблицы, справочники, справочные пособия, рекомендации с учеюм объектов изучения н ггх региональных и зональных особенностей

Графические модели Графическими моделями могут служить эталоны, отражающие сгроепне фотоизображения крон отдельных деревьев н кустарников, отброшенных теней, густоты, проективного покрытия и строение комплексов и сочетаний растительных гру ппн-ровок в виде рисунков, регистрограмм, круговых диаграмм, гистограмм гг др.

Наиболее представительным графическим материалом слу жат топографические гг тематические карты, составленные с использованием материалов дистанционных съемок

Блок исно1ьзоеиния информации содержит рекомендации по очранс зеленых насаждений, благоустройству и озеленению мегаполиса, разработку и обоснование экологических нормативов

Результаты применения информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений могут быть использованы проекшыми организациями при разработке проектов озеленения города, префектурами административных округов по реконструкции, озеленению и благоустройству территорий, административно-техническими инспекциями города Москвы и инспекторами Департамента природопользования н охраны окружающей среды - при составлении планов ипепекторекггх проверок, Департаментом жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства г Москвы - при формировании планов озеленительных работ

В значительной мере рассмотренная выше технология информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений может быть реализована с использованием системы ГИС, ориентируемой на решение задач обработки информации, определяемой масштабом используемых аэрокосмическнх материалов, и выдачу информации в виде интегрируемых слоев объектов на специальных электронных картах

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных работ по применению технологии информационного обеспечения при решении задач аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений (на примере г. Москвы и прилегающих территорий мегаполиса).

Целью экспериментальных работ являлась апробация и проверка технологии информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений при решении конкретных задач на тестовых участках, в пределах Москвы и Московской области.

Основными задачами экспериментальных исследований являлись:

1. Установление видового состава насаждений и оценка их состояния.

2. Определение степени изменения состояния зеленых насаждений под воздействием техногенных факторов.

3. Оценка лесных участков по степени пожарной опасности.

Решение поставленных задач осуществлялось на основе использования данных дистанционного зондирования и обработки полученных материалов с применением ГИС'-технологий на трех тестовых участках: лесопарк «Кузьминки», Национальный парк «Лосиный остров» в зоне воздействия Московской кольцевой автомобильной дороги, участок подмосковного леса в Солнечногорском и Истринском районах Московской области.

Тестовый участок лесопарк «Кузьминки». Для изучения видового состава, возраста насаждений и условий их произрастания использовались два многозональных космических снимка в 3-х спектральных каналах с разрешением 2,5 и 4 метра, полученные с аппарата ИчОШЯ (2003 г.) и С>шкВЫ (2007 г.) (рис. 3 и рис. 4).

Рис. 3. Синтезированное изображение по 3-м Рис. 4. Синтезированное изображение по З-.м

спектральным каналам. (IKONOS 2003 .'.разрешение спектральным канаши. (OuikBird2007 г. 4 м). Территория лесопарка «Кузьминки» разрешение 2.5 м). Территория лесопарка «Кузьминки».

При визуальном дешифрировании синтезированных снимков хорошо выделялись как природные, так ti антропогенные объекты - дороги, усадебные постройки, огороды, пашни, сенокосы, вырубки и гари. Наибольшее внимание уделялось растительному покрову и его состоянию. Фиксировштся породный состав лесов. Выделены основные элементы леса: сосна. лиственница, ель. дуб. ясень, клен, вяз, липа, береза, тополь и ольха. Определены основные группы лесов - молодняки. средневозрастные, спелые и перестоялые. Распознавались насаждения по сырым и мокрым местам.

Автоматизированное дешифрирование типов и видов растительного покрова проводилось по схеме: 1. Выбор типичных или эталонных площадок для каждого класса растительности. Эти площадки используются для формирования обучающих данных. Обучающие наборы данных для каждого класса устанавливаются по данным полевых исследований, анализа карг, визуального дешифрирования цветного композитного изображения (в форме

твердой копии или на цветном дисплее). 2. Определение количества тестовых площадок для каждого тематического класса объектов по характеру фотоизображения и результатов предварительного наземного обследования. 3. Получение спектральных статистических характеристик выбранных типичных классов объектов по выбранным типам растительного покрова и построение классификатора. 4. Детальная классификации, кластеризация природных объектов, отображенных на композиционном изображении, классификация лесного массива по преобладающим породам леса, классификация лесов по степени пожарной опасности, динамики вырубок и лесовосстановлению на основе расчета обучающих данных параметров используемых алгоритмов. 5. Создание классификационных (тематических) карт, содержащих итог результатов классификации. 6. Проверка результатов классификации изучаемых изображений путем проведения наземных маршрутных обследований.

На основе визуального дешифрирования и использования имеющихся картографических материалов определен набор типичных площадок следующих классов: водоем, лес. луг. поле, трунт, улица, здания.

Результаты автоматизированной классификации классов объектов и их характеристик по космическим снимкам 1КОЫО$ 2003 г. 1! (ЗшкВМ 2007 г. представлены в таблицах и рис. 5, 6.

1'лс. л Результаты тематической обработки (дешифрирования). Метод максимального правдоподобия (Кузьминки, 2003 г.)

ем« в 'г с«. V*.

-Д--

--—-——

ЗШШвН -- ---——

........-Л ------

_«] ___

-»«..-а™

кШ

шЖЩ

■'-'С:-

Таблица сигнатур (набор характеристик класса объектов) (Кузьминки. 2003). 1. луг; 2. клен. 3. вода: 4. крыша темная; 5. крыша светлая; 6. крыша красная; 7. пустырь: 8. крыша светлосерая; 9. тень: 10. сосна; II. береза-липа; 12. почва открытая. 13, дорога; 14. почва темная

Рис. б. Результаты тематической обработки Таблица сигнату р {Кузьминки. 2007 ) 1, луг; 2. крыша (дешифрирования). Метоо максимального светлая: 3. крыша красная; 4. тень; 5 сосна: 6. крыша темная. правоотхнюия (Кузьминки, 2007г.) 7 крыша светло-серая; 8. почва темная. 9. почва открытая.

10. лиственные деревья: 11. дорога; 12. пустырь: 13. вода

Сопоставление результатов визуального и автоматизированного дешифрирования, а также использование результатов наземной проверки на эталонных площадках позволило оценить достоверность резу льтатов автоматизированного дешифрирования основных клас-

сов лесонасаждений на тестовом участке «Кузьминки» по материалам космической съемки 1КОЫО$ 2003 г. (табл. 6). Таблица 6

Матрица ошибок автоматизированного дешифрирования основных классов

растительного покрова («Кузьминки». 1КОКР8 2003 г.)

Класс/рекомендация Береза липа Клен Сосна Сумма %

Береза липа 722 7 13 742 97,3

Клен 1 444 0 445 99.78

Сосна 27 0 553 580 95.34

Сумма 750 451 566 1767

% 96,27 98.45 97,7

Общая достоверность результатов автоматизированного дешифрирования составляет 97,28%. При дешифрировании космического снимка (ЗшкВ1гс1 2007 г. достоверность результатов дешифрирования несколько хуже и составляет 96.61%.

Сопоставление результатов визуального и автоматизированного дешифрирования, а также использование результатов наземной проверки на эталонных площадках позволило составить картосхему лесонасаждений Кузьминского лесопарка в масштабе 1:25 000 (сис. 7а и 76).

С

Рис. 7а. Картосхема лесонасаждении Кузьминского Рис. 76. Картосхема лесонасаждении Кузьминского лесопарка. Масштаб 1:25 ООО (западная часть) лесопарка. Масштаб 1:25 ООО (восточная часть)

Условные обозначения к картосхеме Кузьминского лесопарка показаны в табл. 7. Таблица 7

условные обозначения

IX ноной МЕМХМ1 ЛИСА ЦНК'1 .... —¡п^:—

: «: - Г

<«.„ — г»—.,.«. Г лгш ними

Лшч мсиимл* =

Кп£м ——

.Кипа

— 1---- ___„ ГРАНИЦ Ы —гкх

--1--- ■ раггы л о р о г и О Г РАДЫ о

На основе составленной картосхемы и экологического паспорта проведена оценка экологической ценности природного объекта «Кузьминки», включающая уровень эстетиче-

скоп значимости, состояние поврежденности древесных, кустарниковых и травянистых растений и декоративное качество коренных и редковстречающихся древесных пород.

Тестовый участок Национшьного парка «Лосиный остров» на границе Москвы и Московской области в зоне воздействия Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД). Для оценки влияния автотранспортной системы МКАД на изменение состояния растительного покрова использовалось многозональное изображение масштаба 1:50 ООО. полученное с аппарата ОшкВЫ (6 июля 2007 г.). имеющего пространственное разрешение 2.4 метра.

Изучение изменения состояния типов насаждений проводилось по двум трансектам длиной 2000 метров и шириной 200 метров, расположенным перпендикулярно трассе МКАД в северо-западной части Лосиного острова. Породный состав трансект представлен сосновыми и березовыми видами насаждений парка (рис. 8).

' , /\ : , Условные обозначения:

£ ^ I ' Породный состав леса

Сосна молодняки сомкнувшиеся Сосна средневозрастные сомкнувшие» Береза средневозрастные Береза приспевающие Береза спелые и перестойные

ф/ «'¿■ЬЛ^Н

! 1' - Граница трансект и их номера

« 1 50 Трансскга № I расположена преимущественно в

сосновых насаждениях с примесью березы и липы I . . V Трансекта № 2 расположена в березовых насажде-

ниях соеднего возраста.

Рис. К. Картосхема тестового участка НИ »Лосиный остров», составленная по материалам Оешифрирования космического снимка Ои/кШгЛ

Как показывают исследования, на этих трансектах по обе стороны трассы МКАД были зафиксированы ряды усыхающих и усохших деревьев. В придорожной полосе отмечены вырубки засохших деревьев и косгрища, а оставшиеся насаждения подверглись мощному техногенному воздействию со стороны МКАД и находятся в сильно угнетенном состоянии.

В полосе воздействия трассы МКАД резко ухудшается состояние древесной растительности. увеличивается количество деревьев с пожелтевшей хвои, отмечается массовое и однотипное поражение опушечных насаждений лесного массива прилегающего к трассе. У лиственных пород фиксируется неравномерное распускание побегов, измельчение листьев и более слабое облиствение крон. На листьях многих пород появляются некрозы.

Выделено три полосы, которые различаются по экологическому состоянию. Первая полоса шириной около 20 м от зоны отчуждения МКАД характеризуется высоким уровнем загрязнения тяжелыми металлами и хлоридами и кризисным экологическим состоянием растений. Вторая полоса шириной около 100 м характеризуется среднем загрязнением по спектральной яркости снежного покрова, изменениям анатомических характеристик древесины с началом ослабления и среднем поражением, что определяет неблагоприятное экологическое состояние растительного покрова. В третьей полосе, расположенной за пределами 100-метровой зоны отчуждения МКАД, наблюдается слабое загрязнение, незначительное повреждение растений, которые характеризуют относительно удовлетворительное их экологическое состояние.

Установлено, что в крупных лесных массивах автотранспортная техногенная нагрузка может влиять на состояние древесных пород на расстоянии ло 1,5-2 Г) км от магистрата.

Тестовый участок подмосковного леса в Солнечногорском и Истринском районах Московской области. Основными задачами исследований на тестовом участке являлись оценка возможностей автоматизированной обработки материалов космических съемок для изучения: видового состава лесных насаждений, динамики вырубок; категории пожаро-опасносги лесов.

Для решения поставленных задач были использованы материалы космической съемки 1998 года с космического аппарата «Ресурс-Ф2» камерой МК-4 в спектральных каналах: 0.5-0.6 мкм; 0.7-0.8 мкм: 0.8-1.1 мкм. После процедуры автоматизированного дешифрирования многозональных снимков выявлены классы территории, показанные на картосхеме 9.

1'ис. 9. Картосхема дешифрирования

классов территории

По материалам космических съемок удается достаточно легко определить места вырубок, их площади и проследить характер лесопользования. Для изучения динамики вырубок и восстановления лесов нами использовались увеличенные панхроматические снимки отдельных площадок, полученные в различные годы: 1988 г.. 1993 г. и 1998 г. (рис. 10).

Сншюк 1<№г.

Снимок 1993 г. Рис. 10. Динамика вырубок и восстановления лесов где а, б, в, г - тестовые площадки

Как показывает рисунки площадей вырубок, они имеют выборочный характер и они проводились на отдельных небольших участках спелых древостоев елово-соеновых лесов с последующим их восстановлением и подростом преимущественно лиственных пород деревьев (таких как береза).

Использование материалов аэрокосмической съемки позволяет изучить причины и закономерности возникновения лесных пожаров, что является основой для разработки предупредительных противопожарных мероприятий и оптимальной организации сил и средств для борьбы с ними.

Возможность возникновения лесных пожаров определяется степенью пожарной опасности на основе «Шкапы оценки лесных участков по степени пожарной опасности» [Общесоюзные нормативы для таксации лесов, М.: Колос, 1992] см. таблицу 8. Таблица 8

Шката оценки лесных участков по степени пожарной опасности

Класс пожарной опасности Объекты загорания характерные типы леса, типы вырубок, другие категории лесных площадей Вероятные типы пожаров и условия их возникновения

I Хвойные молодняки, интенсивные вырубки, захламленные гари Возможны низовые и верховые пожары в течении всего пожароопасного сезона

II Сосняки с наличием соснового подроста Возможны низовые пожары в течение всего пожароопасного сезона и верховые в период пожарных максимумов

111 Сосняки и ельники-брусничники Возможны низовые и верховые пожары в период летнего пожарного максимума

IV Сосняки и насаждения лиственных пород (береза. осина) Возможно возникновение пожаров в периоды весеннего и осеннего максимума

V Ельники долгомошные и сфагновые с примесью ольшаников Возникновение пожаров возможно при засухах

Для изучения категорий пожароопасности лесов и распространения пожаров использовались материалы космической съемки, выполненной на территорию Истринского района Московской области в 1993 году с космического аппарата «Ресурс-Ф2» камерой МК-4. которые соответствуют спектральным каналам съемки в диапазонах. 1 канат - 635680 нм. 2 канал- 810-900 нм. 3 канал-515-565 нм.

На основе результатов тематического дешифрирования объектов возгорания леса, к которым относятся основные виды лесонасаждений, характерные типы леса, типы вырубок и другие категории лесных площадей составлена картосхема пожарной опасности Истринского района рис. 11.

Условные обозначения [ класс опасности - Возможны низовые и верховые по-«ары в течении всего пожароопасного сезона. !1 класс опасности - Возможны низовые пожары втече-■ше всего пожароопасного сезона и верховые - в период южарных максимумов:

[II класс опасности - Возможны низовые и верховые южары в период летнего пожарного максимума;

IV класс опасности - Возможно возникновение пожаров з периоды весеннего и осеннего максимума:

V класс опасности - Возникновение пожаров возможно 1ри засухах.

Рис. 1 / Картосхема пож арной опасности лесов Истринского района

На основе разработанного Меньшиковым К.С. перкаляштонного моду ля для создания перколяционной модели лесного массива нами было смоделировано развитие пожара в Истринском районе Московской области. Моделирование выполнялось с помощью епециать-но разработанного программного модуля (Меньшиков К.С.. М.. 2002 г.). Результаты моделирования представлены на рис, 12 и рис. 13. На рисунках отчетливо выделяются площади возгорания лесов и распространение пожаров при различных метеорологических условиях.

ковш* .

Рис. 12. Модель распространения пожара при юго-западном аетре и температуре воздуха 25"{'. !. - эпицентр возгорания (зеленая точка). 2 - зона распространения пожара Площадь пожара составляет 19 500 га

Рис. 13. Мо<)ель распространения пожара при северо-восточном ветре и температуре возоуха 2(/'С. 1. - эпицентр возгорания (зеленая точка), 2. - зона распространения пожара Площадь пожара составляет 4 600 га.

Прогнозирование пожарной обстановки производится по номограмме, учитывая исходный экономический регион (район), определяющий лесопожарный коэффициент (г/) по месяцам пожароопасных сезонов.

Для Центрального района лесопожарный коэффициент изменяется от 0.2 (апрель) до 0.7 (август). В зависимости от времени развития пожара и пожароопасного коэффициента (/;) по номограмме определяется площадь лееопожарной зоны (ЛПОЗ). га и периметр пожара. км (рис. 14).

Используя номограмму для прогнозирования лесных пожаров (рис. 14) и измеренную площадь лееопожарной зоны по моделям распространения пожаров, определяем лесопожарный коэффициент (г)), время развития пожара (1р) и периметр лееопожарной полосы

(ЛПОЗ). В наших условиях для первой модели (рис. 1 I) эти значения соответственно составляют. г)=0.7, 1р=120 ч, периметр ЛПОЗ - 70.5 км. Для второй модели (рис. 12) эти значения соответственно составляют: 11=0.7. 1Р=60 ч. периметр ЛПОЗ - 35 км. ! Таким образом, экспериментальные ра-

I _

! ооты подтвердили практическую возможность | применения разработок по информационному обеспечению аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений при установлении видового состава насаждений, оценке их состояния и динамики, при определении степени деградации зеленых насаждений под воздействием техногенных факторов, при оценке категорий

Время развития пожара, час

Рис. 14. Номограмма для прогнозирования пожарной опасности лесов. лесных пожаров (площадью свыше 1000 га)

у

/ У >

/ / Л

/ у

/ У 'Л У

-у А ф / У у

и -И /

/ Т' 77 / /

/ >11, / > У

ш / / У /

/ / 7 / 7

/,< У /

т ц У / /

1 ш

р / У

/ / /

Выводы.

Проведенные исследования позволяю! следа 1ь следующие выводы

1 Обзор литераторы по проблеме мониторинга зеленых насаждении Московскою мегаполиса показал, что ранее выполненные разработки касаются отдельных вопросов мониторинга и не увязаны между собой Отсутствует единая технология проведения мониторинга и отводится нсдостаточная роль аэрокосмическим методам

2 Проанализировано влияние природных условий Московской городской агломерации (рельеф, гидро.кння, климат, состояние атмосферы, почвенные усгосия, природные процессы) на формирование и распространение растительности Особое внимание уделено интенсивному влиянию техногенных и антропогенных нагрузок на состояние зеленых насаждений Москвы и Подмосковья Охарактеризовано состояние древесных, кустарниковых пород и травянистой расттелыюсти Проапалншрована возрастная структура насаждений и их экологическое состояние, и характер повреждений

3 Определена роль и значение зеленых насаждений, которые выполняют санитарно-гигиеническую. экологическую, оздоровительную, рекреационную и декоративно-планировочную функции

4 Усовершенствована методика оценки экотогичсского состояния зеленых насаждений в городе, определена их роль, значение и функции в системе санитарно-гигиенических и декоративно-планировочных решении Предложены классификационные матрицы комплексной экологической оценки состояния зеленых насалстеннй древостоев, кустарниковой и травянистой растительности Разработан макет экологического паспорта ценного природного объекта

5 Разрабогаиы научно-методические основы информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждении, ею содержание и технотогня, определена система котичественных и качественных показателей, определены методы и средства аэро-космнчсского мониторинга, процедуры визуального и автоматизированного дешифрирования, составлен перечень и определено содержание картографических и других материалов, отражающих результаты аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений для принятия у правленческих решении

6 Осуществлена практическая реализация результатов исследований по проверке гг апробации технологии информационною обеспечения аэрокосмнческого мониторинга при решении конкретных задач на тсстовьгх участках в пределах Москвы и Московской области

Таким образом, полностью выполнены исследования, которые можно рассматривать как решение важной задачи по информационному обеспечению аэрокосмнческого мониторинга зеленых насаждений, способствующей совершенствованию оперативного управления по оздоровлению окружающей среды в Московском мегаполисе.

Основные печатные работы, опубликованные по теме диссертации

1 Экологическая классификация зеленых насаждении по нх устойчивости к техногенным воздействиям - Геодезия и картография. - М Картгеоцентр. «Геодезия и картография». №7,2005. стр 48-49

2. Технология информационного обеспечения аэроюсмического мониторинга зеленых насаждении Изв вузов Геодезия и аэрофотосъемка №6, 2007 i стр 148

3 Загрязнение подземных вод Московского артезианского бассейна Сб науч трудов -М Шд-во ГУЗ и МГУГиК, 2004. стр 62-67 (в соавторстве с Соколовым В Ю )

4 Дистанционные методы и средства предупреждения лесных пожаров на примере Московской области - Сб науч трудов -М Изд-во ГУЗ и МГУГиК, 2004. стр 148-150

5. Экологическая классификация зеленых насаждений по их устойчивости к техногенным воздействиям -Сб науч трудов -М Шд-во МИИГАиК, 2005, стр 23-27

6 Роль и значение зеленых насаждений в городской агломерации - Сб науч трудов -М . Изд-во МИИГАиК, 2005, стр 27-31.

7 Инвентаризация и паспортизация ценных природных объектов города Методические указания к самостоятельной работе студентов по курсам «Инженерная экология», «Экология и мониторинг» - М ' Изд-во МИИГАиК, 2006, 16 с

8 Использование дистанционных технологии для получения и обновления информации о лесном фонде Сб науч трудов - М Изд-во ГУЗ, 2006, стр 87-93

Подписано в печать 24.10.2008. Гарнитура Тайме Формат 60*90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 1,5 усл. печ. л. Тираж 80 экз. Заказ №233 Цена договорная

Издательство МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер., 4

Отпечатано в типографии МИИГАиК

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Подгорная, Надежда Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ МОСКОВСКОГО МЕГАПОЛИСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ МОСКВЫ И БЛИЖНЕГО ПОДМОСКОВЬЯ.

2.1 Природные условия Московской городской агломерации.

2.2 Зеленые насаждения в городе Москве и в ближайшем Подмосковье.

3. ОСНОВЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В ГОРОДЕ.

3.1 Роль и значение зеленых насаждений мегаполиса, и их основные функции.

3.2 Влияние природных и техногенных факторов на состояние зеленых насаждений.

3.3 Оценка экологического состояния и устойчивости древесных, кустарниковых и травянистых растений в городе.

3.4 Оценка экологической ценности природных объектов.

4. ТЕХНОЛОГИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

4.1 Основные положения системы аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений.

4.2 Общая структура информационного обеспечения. аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений.

4.2.1 Входная инфорлшг}ия.

4.2.2 Получение, первичная обработка и преобразование информации.

4.2.3 Распознавание информации.

4.2.4 Проверка дешифрованной информации.

4.2.5 Формы выдачи информации.

4.2.6 Использование информации.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО ПРИМЕНЕНИЮ

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ Г. МОСКВЫ И ПРИЛЕГАЮЩИХ

ТЕРРИТОРИЙ МЕГАПОЛИСА).

5.1 Цели и задачи экспериментальных работ.

5.2 Методика экспериментальных исследований.

5.3 Результаты исследований.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка информационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса"

Москва, как мегаполис или, точнее, городская агломерация, сформировалась в процессе исторического развития в значительной мере стихийно. Строительство промышленных предприятий и жилых районов велось до 1935 г. без серьезного экологического обоснования. Большая часть естественных лесов и растительности в ближайшем Подмосковье к началу 90-х годов уже была сведена, а занимаемая ими территория оказалась под промышленной, жилой застройкой и сельскохозяйственными угодьями. Тем самым нарушено естественное соотношение ландшафтов в регионе и их роль в регулировании многих экологических параметров среды обитания населения [Горышина Т.К., 1991]. Происходит разрушение естественной природной среды, серьезное обострение экологических и социально-гигиенических проблем, снижение качества всех компонентов среды не только для населения, но и растительности и животного мира. Это касается как атмосферного воздуха, так и почвы, поверхностных и грунтовых вод, сельскохозяйственной продукции, выращиваемой на ближних к городу территориях. Серьезные последствия указанных процессов в Москве отмечаются в почве и растительном покрове [Гришина JI.A., 1990; Фонд за эконом, грамотность, 1997; Фролов А.К., 1998]. Это проявляется в гибели и исчезновении многих видов растений, снижении сроков жизни деревьев в городских насаждениях, значительном сокращении ассимиляционной поверхности (листья и хвоя) в кронах деревьев, появлении на них ожогов (некрозов) и усыхании ветвей, ухудшении жизненного состояния и выполнении экологических (регуляция чистоты и микроклимата), архитектурно-эстетических и других функций [Николаевский B.C., 1979]. Налицо серьезное ухудшение состояния здоровья населения, снижение продолжительности жизни, обострение демографических процессов.

В экологической доктрине города Москвы уделяется серьезное внимание озеленению территории [Экологический вестник Московского региона №1, 2006]. Наряду с охраной и уходом за существующими зелеными насаждениями предусматривается создание новых озелененных территорий на площади 200 га, восстановление растительных сообществ и биологического разнообразия на особо охраняемых природных территориях (ООПТ) и образование новых ООПТ на площади 4342 га, а также цветочное оформление города на площади 985 тыс. кв. м.

Сложности решения этих задач связаны с:

- отсутствием утвержденной Генеральной схемы озеленения города Москвы до 2020 года, призванной определять стратегию и внедрение передовых технологий, создание новых объектов озеленения, а также увеличение объема ремонта и реконструкции озелененных территорий; крайне неудовлетворительной организацией учета зеленых насаждений в городе (за период 2001-2004 годов проинвентаризировано 30,6% от общей площади озелененных территорий. Не создана и электронная база данных о зеленных насаждениях города);

- недостаточным качеством озеленительных работ, проводимых на объектах гражданского строительства;

- отсутствием взаимодействия между различными контролирующими структурами;

- отсутствием специальных правил содержания зеленых насаждений и ухода за ними на ООПТ (увязанных с задачей сохранения биологического разнообразия); необходимостью введения государственного кадастра особо * охраняемых природных территорий города Москвы.

Учитывая важную роль зеленых насаждений в городе, необходимо контролировать состояние растительности, выявлять причины ее деградации и корреляционно зависимое от нее уровней загрязнения городской среды для благоустройства и озеленения.

Это обуславливает необходимость осуществления мониторинга состояния зеленых насаждений, в том числе и аэрокосмическими методами. В этой связи разработка геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса является весьма актуальной темой исследований.

Основной задачей работы является разработка содержания геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса (на примере Московской городской агломерации).

Для выполнения поставленной задачи было необходимо:

1. Провести анализ состояния проблемы мониторинга литосферы и зеленых насаждений мегаполиса и определить основные направления исследований.

2. Охарактеризовать состояние геоэкологической ситуации и зеленых насаждений Москвы и ближнего Подмосковья.

3. Определить роль и значение зеленых насаждений мегаполиса и их функции в геоэкологии города, оценить влияние различных факторов на состояние зеленых насаждений, разработать методику оценки экологического состояния древесных, кустарниковых и травянистых растений и составить экологический паспорт ценного природного объекта.

4. Разработать содержание и технологию геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса, включая общую структуру мониторинга и его отдельных блоков (в т.ч. геоэкологического).

5. Апробировать результаты выполненных исследований на опытно-экспериментальных тестовых участках при решении задач аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса и оценки геоэкологической ситуации.

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования являются зеленые насаждения и их состояние в мегаполисе, геоэкологические, градостроительные и архитектурно-планировочные факторы, влияющие на их изменение. Предметом исследования служит геоинформационное обеспечение аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений в мегаполисе, включающее средства, методы и технологии его осуществления.

Методы исследования состояли из инвентаризации ценных природных объектов и зеленых насаждений в городе; дешифрирования материалов аэрокосмических съемок; наземных обследований различных типов озелененных территорий города; автоматизированной обработки данных и картографирования результатов исследований. При этом использовался комплекс методов, включающих: аналитические, статистические, математические методы и моделирование, а также теоретические и методологические основы физиологии, биохимии, биофизики, молекулярной биологии и др. связанные с проблемами экологии растений и оценки геоэкологической ситуации.

Исходным материалом послужили публикации по данному направлению исследований: государственные доклады о состоянии зеленых насаждений в Москве; нормативно-правовые и методические документы Российской Федерации и Правительства города Москвы по охране зеленых насаждений; статистические сборники, характеризующие состояние окружающей среды и использования природных ресурсов; результаты инвентаризации озелененных территорий города Москвы; материалы дистанционных съемок разных масштабов и зон спектра; программы автоматизированной обработки аэрокосмических снимков с использованием геоинформационных систем, а также результаты собственных экспериментальных исследований по применению технологии геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса.

Научная новизна исследований состоит в следующем:

- совершенствовании технологии геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса;

- разработке методики оценки степени экологического состояния древесных, кустарниковых и травянистых растений и составлении экологического паспорта ценного природного объекта; составлении картографических материалов на основе автоматизированного дешифрирования и наземных обследований как результат аэрокосмического мониторинга с определением перечня и содержания геоэкологических карт и других документов для принятия управленческих решений на региональном и локальном уровнях при выборе природоохранных мероприятий.

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы проектными организациями при разработке проектов озеленения города; префектурами административных округов по реконструкции, озеленению и благоустройству территорий; административно-техническими инспекциями города Москвы и инспекторами Департамента природопользования и охраны окружающей среды - при составлении планов инспекторских проверок, а также Департаментом жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства г. Москвы - при формировании планов озеленительных работ.

Результаты исследований использовались также в учебном процессе и проведении практических занятий по курсам «Инженерная экология» и «Экология и мониторинг» в Московском государственном университете геодезии и картографии.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на: VIII (2004 г.), IX (2005 г.), X (2006 г.) межвузовских научно-практических семинарах студентов, аспирантов и молодых ученых Московского региона по актуальным проблемам экологической безопасности и рациональному природопользованию, проблемам геоэкологии и сохранения здоровья населения, по актуальным проблемам экологии и природопользования; конференциях Московского государственного университета геодезии и картографии (2004 г. и 2007 г.).

Личный вклад автора заключался в сборе и обобщении информации по изучаемой проблеме, в разработке содержания геоинформационного обеспечения и технологии аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений города и получении экспериментальных материалов по автоматизированному дешифрированию и наземному обоснованию с оценкой состояния зеленых насаждений на тестовых участках московского мегаполиса с особым режимом природопользования (Парк культуры и отдыха «Сокольники», лесопарк «Кузьминки», Национальный парк «Лосиный остров», лесные массивы Солнечногорского и Истринского районов Московской области).

Основные результаты исследований, выносимые на защиту:

1) усовершенствована методика оценки геоэкологического состояния зеленых насаждений в городе, определена их роль, значение и функции в системе санитарно-гигиенических и декоративно-планировочных решений. Предложены классификационные матрицы комплексной геоэкологической оценки территории и состояния зеленых насаждений: древостоев, кустарниковой и травянистой растительности. Разработан макет геоэкологического паспорта ценного природного объекта;

2) определено содержание и разработана технология геоинфиормационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса, выбрана система количественных и качественных показателей, определены методы и средства аэрокосмического мониторинга, процедуры визуального и автоматизированного J дешифрирования, составлен перечень и определено геоэкологическое содержание картографических и других материалов, отражающих результаты аэрокосмического мониторинга территорий зеленых насаждений для принятия управленческих решений;

3) осуществлена практическая реализация результатов исследований и апробации технологии геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса при решении конкретных задач на тестовых участках в пределах Москвы и Московской области.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе две работы из списка изданий, рекомендованных ВАКом.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем работы 172 страницы машинописного текста и включает 26 таблиц, 31 рисунок. Список литературы состоит из 116 наименований, в том числе 16 иностранных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Подгорная, Надежда Александровна

5.3 Результаты исследований

Тестовый участок лесопарк «Кузьминки»

Для изучения видового состава, возраста насаждений и условий их произрастания использовались два многозональных космических снимка в 3-х спектральных каналах с разрешением 2,5 и 4 метра, полученные с аппарата 1К01М08 (2003 г.) и (}шШгс1 (2007 г.) (рис. 5.1 и 5.2).

Рис. 5.1. Синтезированное изображение по 3-м спектральным каналам (1К0ЫО8 2003 г., разрешение 4 м). Территория лесопарка «Кузьминки» Л г-

См, / / / / ' 7 /. ! 1 ' 1 *■ *■. - £ 1\\{ -г /

• и

• -. / - г V ч ! г ■ ! г' Г ч ' ^ ' > Г

Рис. 5.2. Синтезированное изображение по 3-м спектральным каналам (ОигкШЫ 2007 г., разрешение 2,5 м). Территория лесопарка «Кузьминки».

При визуальном дешифрировании синтезированных снимков хорошо выделялись как природные, так и антропогенные объекты — дороги, усадебные постройки, огороды, пашни, сенокосы, вырубки и гари. Наибольшее внимание уделялось растительному покрову и его состоянию. Фиксировался породный состав лесов. Выделены основные элементы леса: сосна, лиственница, ель, дуб, ясень, клен, вяз, липа, береза, тополь и ольха. Определены основные группы лесов — молодняки, средневозрастные, спелые и перестоялые. Распознавались насаждения по сырым и мокрым местам.

Автоматизированное дешифрирование типов и видов растительного покрова проводилась по схеме, изложенной в разделе 5.2.3. По результатам визуального дешифрирования и использования имеющихся картографических материалов определен набор типичных площадок следующих классов:

Водоем: пруды и реки с шириной примерно 15-20 м.

Лес: лесные пространства с высокой сомкнутостью деревьев и минимальной величиной площади в 1 га. Выделяются следующие классы сосна и отдельные классы лиственного леса - клен, береза, береза с примесью липы.

Луг: зеленые насаждения с высоким травянистым покровом.

Поле под паром: площади без растительности или низким травянистым покровом для разного пользования (ипподром, пространства под ЛЭП, личные земельные участки).

Грунт: земельные площади без растительного покрова, используемые для различного назначения (спортивные площадки, береговые зоны, сложенные песком и галькой).

Улица: транспортные площади, асфальтированные улицы, рельсовые пути и парковые дороги.

Здания: жилые строения, теплицы, сараи, гаражи и др.

Всего было выделено 77 тестовых участка из них 9 лесных пространств и 68 безлесных.

Для выделения объектов (классов) исследования использовалась компьютерная программа ЕгёазГп^те.

В качестве примера приводятся гистограммы для выделения различных классов растительных объектов (см. рис. 5.3)

Ifo Wald

BsndNumbet 4 histogram

7D&G75 1851.23

3o?e | Prrt | Savc | Help | "fr | a) n» wie&e

Band Nunbor 4

- roilx tetowam

Oo«" j| Save | He» j Jfcj b) dach hell?

Band Number. 4 histogisrn

1851.23 "Oore Ptr* | Save | HHp | JjJ ib dach hell?

Band Nunbor 3 histogram

1024.23 1^3602

Oase | P<r* : Save | Hofe. | fa j

It. dachhel!2

Band Htxnb» 2

32*1 huiogram

1588.» 1824.13 rfase ' [ ftrt | Save | Helpj J|j fa dac!ihcll?

Band Number. histogfdm

1160 06 1 448 66 Oos« ( Prrt | Save J He» | |

C)

1Ь 1(10 г с Мс

В-агк! МитЬег 11* лЬогл

Ьв>одгат

1693.37 1051.23 | Рпп! | 5эус | Нф | ^ } е)

Рис, 5.3 Гистограммы основных классов объектов: а) лес; Ь) луг; с) крыши зданий; лиственница; е) клен (по материалам QuickBird в 2003 г.) Ф

Результаты автоматизированной классификации классов объектов и их характеристик по космическому снимку НСОЫОБ 2003 г. представлены на рис. 5.4 и в таблице сигнатур 5.1.

Рис. 5.4. Результаты автоматизированного дешифрирования. Метод максимального правдоподобия (Кузьминки, 1КОЫО$ 2003 г.)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования выполнена основная задача исследования — разработка геоинформационного , обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений мегаполиса (на примере Московской городской агломерации).

1. Анализ источников по проблеме мониторинга литосферы и зеленых насаждений Московского мегаполиса показал, что научные исследования по ряду аспектов данного направления проводились в ряде научных организаций: Академия коммунального хозяйства, Главный ботанический сад РАН, Институт лесоведения РАН, Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева и др. Выполненные разработки касаются отдельных вопросов мониторинга и не увязаны между собой. Отсутствует i единая технология проведения мониторинга и отводится недостаточная роль аэрокосмическим методам, в т.ч. для оценки геоэкологической ситуации.

2. Проанализировано влияние природных условий Московской городской агломерации (литосфера, гидрология, климат, состояние атмосферы, почвенные условия, процессы) на формирование и распространение растительности. Особое внимание уделено интенсивному влиянию техногенных и антропогенных нагрузок на литосферу и состояние зеленых насаждений Москвы и Подмосковья. Охарактеризовано состояние древесных, кустарниковых пород и травянистой растительности.

158

Проанализирована возрастная структура насаждений и их геоэкологическое состояние. Для изучения состояния зеленых насаждений необходимо проведение аэрокосмического мониторинга с целью осуществления мероприятий по благоустройству и озеленению, а также сохранению ценных природных объектов.

3. Определена роль и значение зеленых насаждений, которые выполняют геоэкологическую, санитарно-гигиеническую, оздоровительную, рекреационную и декоративно-планировочную функции. Усовершенствована методика оценки геоэкологического состояния зеленых насаждений в городе, определена их роль, значение и функции в системе санитарно-гигиенических и декоративно-планировочных решений. Предложены классификационные матрицы комплексной геоэкологической оценки состояния зеленых насаждений: древостоев, кустарниковой и травянистой растительности. Разработан макет геоэкологического паспорта ценного природного объекта.

4. Разработаны научно-методические основы геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений, его содержание и технология; определена система количественных и качественных показателей геоэкологического состояния зеленых насаждений; выбран комплекс аэрокосмических методов и средств для оценки геоэкологического состояния зеленых насаждений; рекомендовано использование ГИС-технологий при обработке материалов дистанционных съемок: разработан перечень и содержание геоэкологических карт и других материалов, отражающих результаты аэрокосмического мониторинга зеленых насаждений для принятия управленческих решений.

5. Осуществлена практическая реализация результатов исследований по проверке и апробации технологии геоинформационного обеспечения аэрокосмического мониторинга при решении конкретных задач геоэкологии на тестовых участках в пределах Москвы и Московской области.

На тестовом участке лесопарка «Кузьминки» на основе визуального дешифрирования и автоматизированной компьютерной обработки космических снимков установлено видовое разнообразие зеленых насаждений, произведена оценка их геоэкологического состояния и составлена геоэкологическая картосхема Кузьминского лесопарка. Дана оценка ценности природного объекта по уровню эстетической значимости, состоянию древесных, кустарниковых и травянистых насаждений и декоративному качеству коренных и редковстречаемых видов деревьев.

На тестовом участке Национального парка «Лосиный остров» по данным дешифрирования космических снимков и наземных проверочных работ оценено воздействие Московской кольцевой автомобильной дороги на геоэкологическое состояние зеленых насаждений в придорожной полосе. Выделено три полосы экологических воздействий: сильных, средних и слабых.

На тестовых участках в Солнечногорском и Истринском районах осуществлена процедура автоматизированного дешифрирования по класстированию основных видов растительного покрова, изучена динамика вырубок и восстановления лесов, а также оценена пожарная обстановка лесных массивов и составлена карта их пожарной опасности.

Таким образом, полностью выполнены исследования, которые можно рассматривать как решение важной задачи по геоинформационному обеспечению аэрокосмического мониторинга территории зеленых насаяздений, способствующей совершенствованию оперативного управления по оздоровлению окружающей среды в Московском мегаполисе и улучшению геоэкологической ситуации на урбанизированных территориях.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Подгорная, Надежда Александровна, Москва

1. Абатуров A.B. Влияние Московской кольцевой дороги (МКАД) на состояние лесных насаждений в придорожной полосе // Мониторинг состояния природно-культурных комплексов Подмосковья. М. 2000, с. 132-136.

2. Авсиевич H.A. О качественном и количественном аспектах оценки состояния растений в городских зеленых насаждениях/ H.A. Авсиевич, B.C. Теодоронский, В.А. Фролова, Х.Г. Якубов // Экология большого города. Вып. 4. М.: Прима-Пресс-М, 2000. - с. 29.36.

3. Авсиевич H.A. Разработка системы мониторинга зеленых насаждений в Москве / H.A. Авсиевич, П.Б. Ананьев, Х.Г. Якубов // Проблемы управления качеством окружающей среды. М.: Прима-Пресс, 1997.-е. 88.91.

4. Александровская З.Н., Букреева Е.М., Медведев Я.В., Юскевич H.H. Благоустройство города. М.: Стройиздат, 1984, 341 с.

5. Алексеев В.П. Об исторической урбоэкологии / В.П. Алексеев. М.: Наука, 1990.

6. Аналитический доклад. Состояние зеленых насаждений в городе и лесопарковом защитном поясе. Изд. РЭФИА. М.: 1996, 68 с.

7. Аналитический доклад. Состояние зеленых насаждений в Москве. Изд. Прима-Пресс-М. М.: 2001, 289 с.

8. Аналитический доклад. Состояние зеленых насаждений в Москве. Изд. Прима-М. М.: 2004, 224 с.

9. Аналитический доклад по данным мониторинга. М.: Прима-Пресс, 1997-1998. 236 с.

10. Ананьев П.Б. Санитарно-гигиеническое значение зеленых насаждений в условиях города / П.Б. Ананьев, Х.Г. Якубов // Экология большого города. Вып. 3. М.: Прима-Пресс, 1998. -с. 124. 130.

11. И. Ашихмина Т.Я., Сюткин В.М. Комплексный экологический мониторинг региона (на примере Кировской области). Киров: Изд-во ВГПУ, 1997. - 228 с.

12. Аэрофотографическое эталонирование и экстраполяция. Методическое пособие. Изд-во «Наука», JL, 1967, с. 152.

13. Башаркевич И.Л. Влияние новых противогололедных реагентов на окружающую среду / И.Л. Башаркевич и др. // Экология большого города. Вып. 8. М.: Прима-М, 2003. - с. 193.198.

14. Бека П.И., Беляев И.П., Болофурин Б.А. Проблемы экологии Москвы. Москва, гидрометеоиздат, 1992, 148 с.

15. Бурлешин М.И., Кузьмина И.В., Пискун И.И., Садов A.B. Основные положения по организации и проведению работ на полигонах аэрокосмического мониторинга геологической среды (АКМГС). Методическое письмо. М.: ВСЕГИНГЕО, 1986, 34 с.

16. Буров В.Н. Экология природопользования: Учебное пособие. Изд. 2-е переработанное и дополненное. М.: Изд-во МИИГАиК,2006.- 154 с.

17. Буров В.Н., Малинников В.А. Экология. Учебное пособие. М.: Изд-во МИИГАиК, 2008.- 220 с.

18. Бутаков П.Д. Генеральная схема системы экомониторинга Москвы / П.Д. Бутаков и др. // Экология большого города. Вып. 1. М.: Прима-Пресс, 1996.-е. 33.45.

19. Бухгалтер Э.Б., Самсонов P.O., Будников Б.О., Пыстина Н.Б., Загородняя A.A. Экология газового комплекса. М.: Научный мир,2007.-383 с.

20. Верещака Т.В. Топографические карты: научные основы содержания. -М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002, 319 с.

21. Викторов C.B., Востокова Е.А., Вышивкин Д.Д. Введение в индикационную геоботанику. М.: МГУ, 1962, 227 с.

22. Виноградов Б.В. К теории растительных индикаторов. «Бюлл. МОИП», отд. биол., т.62, №4, 1957.

23. Виноградов Б.В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. М.: «Высшая школа», 1964, 328 с.

24. Владимиров В.В. Город и ландшафт / В.В. Владимиров, Е.М. Микулина, З.Н. Яргина. М.: Мысль, 1986. - 238 с.

25. Владимиров В.В. Расселение и экология / В.В. Владимиров. М.: Стройиздат, 1996. -382 с.

26. Гаранькин Н.В., Наполов О.Б., Садов A.B. Московская область: природные ресурсы, их потенциал. М.: НИА-Пр ирода, 2004. 300 с.

27. Герасимов И.П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии мира / И.П. Герасимов. М.: Наука, 1985.-247 с.

28. Голубева Е.И. Теоретические основы биомониторинга окружающей среды и оценка. В сб. Экологические проблемы регионального мониторинга окружающей среды. РАЕН, 2006, с. 23-25.

29. Горышина Т.К. Растение в городе / Т.К. Горышина. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1991. - 149 с.

30. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Московской области в 2000 году». Изд. НИА-Природа. Москва. 2001, 113 с.

31. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Москвы в 1995 году». Изд. РЭФИА. М.: 1996, 237 с.

32. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Москвы в 1999 году». Изд. Прима-Пресс-М. М.: 2000, 306 с.

33. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Московской области в 2003 году». Изд. НИА-Природа. М.: 2004.

34. Гречищев A.B. Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования: критерии выбора. // Пространственные данные. 2006. №2.

35. Григорьев Ал.А. Космическая индикация ландшафтов Земли. Изд-во ЛГУ, 1975.

36. Гришина Л.А. Влияние атмосферного загрязнения на свойства почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. - 191 с.

37. Гудилин И.С., Комаров И.С. Применение аэрометодов при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях. Учебное пособие. М., «Недра», 1978, 319 с.

38. Гусев H.H., Еремеев А.Г., Миронов С.Н. Старинные парки. М.: Экология, 1993.-255 с.

39. Гутнов А.Э., Глазычев В.П. Мир архитектуры (лицо города) М.: Молодая гвардия, 1990. -352 с.

40. Дмитриев И.Д., Мурахтанов Е.С., Сухих В.И. Лесная авиация и аэрофотосъемка.-М.: Агропромиздат, 1989.

41. Доклад «О состоянии окружающей среды в Москве в 2004 году». Департамент природопользования й охраны окружающей среды города Москвы. М.: 2005, 94 с.

42. Доклад о состоянии зеленых насаждений в городе Москве в 2006 году. «Мосэкомониторинг». М.: 2007, 134 с.

43. Жирин В.М., Лебедева Г.С. Применение материалов аэрокосмических съемок для проведения мониторинга зеленых насаждений. М.: НИА-Природа, 2006. 40 с.

44. Зарубин Г.П., Новиков Ю.В. Гигиена города. М.: Медицина, 1986г., стр. 80-83.

45. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю.А. Израэль. М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.

46. Ишков А.Г. О создании системы экомониторинга г. Москвы / А.Г. Ишков, Е.И. Пупырев, H.A. Фурсов, Х.Г. Якубов // Экология и промышленность России. М.: 1996. - с. 4. .9.

47. Ишков А.Г. Проблемы устойчивого развития г. Москвы // Проблемы управления качеством окружающей среды. М.: Прима-Пресс, 1997. с. 14-15.

48. Казначеев В.П. Проблемы экологии города и экологии человека / В.П. Казначеев // Урбоэкология. М.: Наука, 1990. - с. 7. 17.

49. Капица А.П., Рис У.Г., Голубева Е.И., Морозова О.И. Экология севера: дистанционные методы изучения нарушенных экосистем (на примере Кольского полуострова). М.: Научный мир, 2003.-248 с.

50. Климат Москвы за последние 30 лет / Под. ред. М.А. Петросянца. М.: Изд-во МГУ, 1989, 96 с.

51. Климат, погода, экология Москвы. СПб.: Гидрометеоиздат,1995. 437 с.

52. Кочарян К.С. Ассортимент древесных растений рекомендуемых в различных типах и категориях озеленения г. Москвы. М.: 1992.

53. Кочарян К.С. Эколого-экспериментальные основы зеленого строительства в крупных городах центральной части России (на примере г. Москвы). М.: Наука, 2000. 184 с.

54. Курбатова A.C., Башкин В.Н., Касимов Н.С. Экология города. Научный мир. М.: 2004, 624 с.

55. Лабутина И.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков: Учеб. пособие для студентов вузов. М.: Аспект Пресс, 2004. - 184 с.

56. Лайкам К.Э., Блинов В.Г., Боярчук H.A., Ильин А.Р., Шевчук A.B. Охрана окружающей среды в России. 2006: Стат. сб./Росстат. — 092 М., 2006.-239 с.

57. Лебедев В.В., Бруни И.Е., Горохова И.Н. Опыт создания геоинформационной системы зеленых насаждений Центрального административного округа Москвы. Экологические системы и приборы. №3, 2003.

58. Лесопарки Москвы. М.: ВНИИЦлесресурс, 1998. - 82 с.

59. Липаткин В.А. Состояние насаждений лесопарков, граничащих с МКАД: науч. тр. Моск. ун-та леса / В.А. Липаткин, Т.В. Шарапа, А.Н. Щербаков. Вып. 302(1). - 2000. - с. 45.53.

60. Меланхолии П.Н. Влияние автострады на лесную растительность особо охраняемой территории // Мониторинг состояния природно-культурных комплексов Подмосковья. М. 2000, с. 136-142.

61. Меньшиков К.С. Разработка автоматизированной технологии тематической обработки многозональных космических изображений в целях информационного обеспечения мониторинга лесов. Диссертация. М., 2002. 153 с.

62. Методическое руководство по изучению почвенной структуры. Л.: Колос, 1969, 527 с.

63. Мозолевская Е.Г. Устойчивое развитие городского лесного хозяйства// Лесн. вестн. 1998. № 2(3). с. 78.

64. Мозолевская Е.Г. и др. Итоги мониторинга состояния зеленых насаждений и городских лесов Москвы в 1997 г. / Н.К. Белова, Е.Г. Куликова, В.А. Липаткин, Т.В. Шарапа, А.Н. Щербаков, Д.А. Белов // Лесной вестник. М: МГУЛ, 1998. - №2. - с. 14-27.

65. Мониторинг и оценка состояния растительного покрова. Минск: «Право и экономика», 2003. - 233 с.

66. Николаевский B.C. Биологические основы газоустойчивости растений / B.C. Николаевский. Новосибирск: Наука, 1979. - 278 с.

67. Николаевский B.C. Влияние некоторых факторов городской среды на состояние древесных пород / B.C. Николаевский, И.В. Васина, Н.Г. Николаевская // Лесной вестник, 1998. № 2. - с. 28.38.

68. Николаевский B.C. Влияние техногенных выбросов на жизнь растений / B.C. Николаевский // Разработка и внедрение на комплексных станциях методов биологического мониторинга. Т.1. — Рига: Зинатне, 1983.-е. 23.31.

69. Николаевский B.C. Новая концепция и методология экологического мониторинга и охраны природы / B.C. Николаевский, Х.Г. Якубов // Междунар. Симпозиум по биоиндикаторам. Сыктывкар, 2001.-е. 139.

70. Николаевский B.C. Новые подходы к экологической оценке загрязнения среды обитания и состояния зеленых насаждений в Москве / B.C. Николаевский, Х.Г. Якубов // Экология большого города. Вып. 4. М.: Прима-Пресс-М, 2000. - с. 64-71.

71. Николаевский B.C. Перспективные методы контроля качества среды для решения проблем биомониторинга / B.C. Николаевский // Экологический мониторинг в биосферных заповедниках соц. страны. Пущино, 1982.-е. 205.208.

72. Николаевский B.C. Эколого-физиологическая оценка состояния зеленых насаждений г. Москвы / B.C. Николаевский, И.В. Васина // Науч. тр. Моск. ун-та леса. Вып. 289. 1998. - с. 198.204.

73. Отчет по теме «Проведение мониторинга состояния зеленых насаждений и лесов лесопарков Москвы в 1997 г. Результаты НИР по Природному парку «Битцевский лес» ЮЗАО Москвы»., 1997, МГУЛ. 109 с.

74. Общесоюзные нормативы для таксации лесов. М.: Колос, 1992.

75. Петров В.В. Обзор материалов об использовании естественной растительности в качестве индикаторов почвенных условий. «Изв. ТСХА», №4, 1959.

76. Подгорная H.A. Инвентаризация и паспортизация ценных природных объектов города. М.: Изд-во МИИГАиК, 2005, с. 18.

77. Полякова, Г.А. Парки Москвы: экология и флористическая характеристика / Г.А. Полякова, В.А. Гутников. М.: ГЕОС, 2000. - 405 с.

78. Почва, город, экология. М.: Фонд за эконом, грамотность, 1997.-320 с.

79. Пупырев Е.И. Мониторинг зеленых насаждений как элемент общегородской системы мониторинга окружающей среды / Е.И. Пупырев, Х.Г. Якубов // Экология большого города. Вып.2. М.: Прима-Пресс, 1997. - с. 4. 12.

80. Пупырев Е.И. Мониторинг состояния зеленых насаждений в условиях мегаполиса / Е.И. Пупырев, Х.Г. Якубов, H.A. Авсиевич // Лесной вестник.-М.: 2000. -№6 (15). с. 12. 15.

81. Пупырев Е.И. Мониторинг состояния зеленых насаждений в условиях мегаполиса / Е.И. Пупырев, Х.Г. Якубов // Лесной вестник. 1999. №2(7). - с. 14. 15.

82. Пупырев Е.И. Мониторинг состояния зеленых насаждений и новая стратегия озеленения Москвы / Е.И. Пупырев, Х.Г. Якубов, В.Н. Чепурнов // Экология большого города. Вып. 4. М.: Прима-Пресс-М, 2000.-с. 4. 14.

83. Рахтеенко И.Н., Крот Л.А. Экологические особенности роста и развития некоторых древесных декоративных растений в условиях городского озеленения и в естественной обстановке // Бюл. Ин-та биологии АН БССР. 1958 (1960). Вып. 4.с. 18-22.

84. Реймерс Н.Ф. Природопользование. М.: Мысль, 1990. - 639 с.

85. Садов A.B. Аэрокосмические методы в инженерной геодинамике. -М.: Недра, 1988.-207 с.

86. Садов A.B. Современные достижения аэрокосмических методов в гидрогеологии и инженерной геологии. Учеб. пособие / Ин-т повыш. квалиф. руковод. работа, и спец. Мингео СССР. М., 1990.-63 с.

87. Самойлович Г.Г. Применение аэрофотосъемки и авиации в лесном хозяйстве (аэрофотосъемка лесов и лесная авиация). Изд-во «Лесная промышленность», Москва, 1964, 473 с.

88. Санитарные правила в лесах Российской Федерации. Утверждены приказом Министерства природных ресурсов РФ от 27 декабря 2005 г. №350.- 19 с.

89. Состояние зеленых насаждений в Москве: аналитический доклад. Национальный парк «Лосиный остров»: рекомендации по методам и порядку восстановления особо охраняемых озелененных территорий Москвы. Вып. №6. Москва. Прима-Пресс-М, 2003, 54-83 с.

90. Состояние зеленых насаждений в Москве: аналитический доклад. Состояние насаждений Национального парка «Лосиный остров». Москва. Прима-Пресс-М, 2002, 101-130 с.

91. Сухих В.И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве: Учебник. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005.-392 с.

92. Сухих В.И., Жирин В.М., Зиемелис Т.А., Шаталов A.B. Оценка информативности космических фотоснимков высокого разрешения для инвентаризации лесов // Исслед. Земли из космоса. 1996. № 2. -с.45-56.

93. Теоретические основы и опыт экологического мониторинга: сб. / Отв. ред. В.Е. Соколов, Н.И. Базилевич. М.: Наука, 1983. - 253 с.

94. Фролов А.К. Окружающая среда крупного города и жизнь растений в нем / А.К. Фролов. СПб.: Наука, 1998. - 328 с.

95. Хорев Б.С. Глобализм, урбанизм, экология / Б.С. Хорев // Проблемы улучшения экологической ситуации и рационального природопользования в Московском регионе. М.: Наука, 1989.- с. 12.15.

96. Экологический мониторинг: проблемы создация и развития Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ). — М.: Гос. ин-т приклад, экологии, 1996. 79 с.

97. Якубов Х.Г. Экологический мониторинг зеленых насаждений Москвы. М: ООО «Стагирит-Н», 2005. - 264 с.

98. Darf Mannual on Methodologies and Criteria for Mapping Critical Levels / loads and geographical areas where they are exceeded. Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution, Task Force on Mapping. Geneva. 1990. 98 p.

99. Heath R.L. Biochemical mechanisms of pollutant stress // Assessment of crop loss from air pollutants. W.W. Heck, O.S. Teilir, D.T. Tingey. — eds. London: Elsevier Applied Sci., 1988. P. 259-286/

100. Heitelling J.-P., Vites W., Schopp W., Downing R.S. u.s.w.,Methods and data / Mapping Critical Loads for Europe CCE // Technical repory. July 1991. №1. - P. 31.43.

101. Kayahko J., Pellikka P. Porolaiddunnuksenvaikutus kasvipeitteeseen Enontekion Nakkalan paliskunnassa — SPOT XS satelliittiaineiston digitaalinen tulkinta. TERRA. 1993. V.105. N.2. P. 83-97.

102. Keller L. Uptake and effects of air pollutants an woody plants // Experienta, 1985.-41.

103. Kelly J.M., Parker G.R. Heavy metal accumulation and growth of seedling of forest species // Environ. Qual. 1979. N.8. P. 361-364.

104. Markham J.L., Barker J.K. Landsat MSS and TM post-calibration dynamic ranges, exoatmospheric reflectansis and at-satellite temperatures // EOSAT Landsat Data User Notes. Lanham, USA. 1986. 8 p.

105. O.Mather P.M. Computer processing of remotely-sensed images. Nottingam's Univer. 1993. 352 p.

106. Molingrean J.P. Global vegetation dynamics: satellite observation over Asia// Int. J. Remote Sensing. 1986. V. 7.N.9. P. 1121-1146.

107. Posch M., de Smet P.A.M., Heitelingh J.-P., Downing R.J. / Calculation and Mapping of Critical Thresholds in Europe // Status Report., 1995.- 197 p.

108. Richards J.A. Remote Sensing Digital Image Analysis. Springer-Verlag, 1993. 250 p.

109. Tucker C.J., Miller L.D., Pearson R.L. Shortgrass prairie spectral measurements // Photogram. Engineer. Remote Sensing. 1975. V.41. P. 1175-1183.