Геоинформационное моделирование природно-антропогенной экосистемы Новосибирского Академгородка на основе космоснимков высокого разрешения

Новосибирский Академгородок является экополисом, при создании которого был применен «метод диффузной застройки, основой которого является взаимопроникновение жилых и рабочих кварталов и
больших массивов нетронутых природных насаждений» (стр 4, [1]). Очевидно, что дальнейшая застройка этой территории должна планироваться так, чтобы кардинально не трансформировать ситуацию, исказив
изначальную концепцию экополиса. Для этого необходимо не только качественно, но и количественно оценивать соотношение природной и антропогенной составляющих в сложившуюся экосистему, как в
настоящий момент, так и на перспективу. Решение этой задачи стало возможным благодаря наличию мультиспектральных снимков высокого разрешения и применению геоинформационных технологий.
На территорию Новосибирского Академгородка создана база геоданных, которая включает в себя космические снимки высокого и среднего разрешения, топографические карты, цифровая модель рельефа (ЦМР)
и пр. В качестве географической основы (подложки) выбраны космические снимки высокого разрешения QuickBird. По снимкам проведены векторизация следующих объектов: транспортные коммуникации
(асфальтовые и грунтовые дороги, пешеходные и велосипедные дорожки, асфальтированные площадки и т.п.); строения (жилые, хозяйственные, административные и другие здания); гидрография (Новосибирское
водохранилище, озера, старицы, пруды, протоки, реки и ручьи); улицы и основные транспортные магистрали; растительность. Кроме того, по дополнительным картографическим источникам была проведена
оцифровка зонирования территории по функциональному значению и изолиний высот.
Была разработана технология автоматической классификации снимка высокого разрешения для оценки плотности леса и количественного соотношения хвойных и лиственных пород деревьев. Технология
состоит в проведении классификации космических снимков осеннего и летнего сезонов съемки, конвертации результатов классификации в векторный формат и последующем построении плотностных сеток.
Конечным результатом явились интегральные схемы сомкнутости, а также соотношения лиственных и хвойных пород деревьев для разных массивов Академгородка.
Также разработана комплексная технология геоинформационного моделирования сложных природно-антропогенных систем, основанная на методике выделения гетерогенных природно-территориальных
комплексов [2]. На первом этапе при создании базы геоданных были выделены основные природные (леса) и антропогенные (застройка, автомобильные и железные дороги, тропинки и т.п.) составляющие
природно-территориальных комплексов (ПТК) Академгородка. Антропогенные выделы расклассифицированы по степени воздействия на окружающую среду в соответствии с существующими медико-
санитарными нормативами. Природные выделы оконтурены в результате классификации космических снимков высокого разрешения. На следующем этапе были построены плотностные схемы для каждого типа
элементарного ПТК. Шаг сетки был определен в соответствии с пространственным разрешением обрабатываемого космического снимка, а радиус скользящего окна подобран эмпирически в соответствии с
функциональным масштабом карты. Полученные сетки конвертировались в вектор и проводились оверлейные операции по совмещению плотностных карт техногенной застройки и древесной растительности.
Таким образом, появилась возможность для каждого конкретного участка определять удельное соотношение природного и антропогенного вкладов в экогеологическую обстановку. Был проведен сравнительный
анализ территории Академгородка с другими территориями города Новосибирска. В целом несмотря на продолжающуюся дополнительную застройку для Верхней зоны Академгородка влияние техногенного
фактора в жилой зоне остается сравнительно не высоким по сравнению с другими урбанизированными районами. Разработанная технология позволяет проводить актуальную и ретроспективную оценку
экологического состояния и осуществлять перспективное моделирование изменений пространственной структуры природно-антропогенных экосистем, т.е. планировать дальнейшее развитие экополиса с
диффузной застройкой.
Работа выполнена при финансовой поддержке интеграционного проекта СО РАН №10 «Динамика экосистем Академгородка: мониторинг и разработка рекомендаций по рациональному использованию».
Список литературы:
1. Природа Академгородка: 50 лет спустя / отв. ред. И.Ф.Жимулев; Рос.акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т цитологии и генетики [и др.]. - Новосибирск: Издательство СО РАН, 2007. - 250 с.
2. Зольников И.Д., Лямина В.А., Королюк А.Ю. Комплексная технология картографирования и мониторинга гетерогенных ландшафтов // География и природные ресурсы. 2010. №2. С. 126–131.