Методика анализа экосистемного разнообразия ландшафтов региона по материалам дистанционного зондирования

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью сохранения ресурсо- и средовоспроизводящих функций ландшафтов при их антропогенном освоении. Одним из факторов, способствующих устойчивости ландшафтов к антропогенным нагрузкам, является их экосистемное разнообразие. В настоящее время на практике для определения экосистемного разнообразия широко используются методы картографического моделирования, однако они недостаточно эффективны из-за отсутствия актуализированной крупномасштабной картографической информации об экосистемном строении изучаемых ландшафтов. Цель: разработать методику анализа экосистемного разнообразия ландшафтов региона с использованием материалов дистанционного зондирования и апробировать ее на территории Ленинградской области. Объекты: экосистемное разнообразие ландшафтов. Методы: дистанционное зондирование ландшафтов; построение цифровых моделей рельефа в среде ГИС; автоматизированное дешифрирование почвенно-растительного покрова; статистическая обработка данных аэросъемки; картографические обобщения; региональный ландшафтно-экологический анализ с использованием ГИС. Результаты. Обоснована целесообразность использования материалов дистанционного зондирования для оценки экосистемного разнообразия ландшафтов региона. Разработана модель автоматизированного дешифрирования основных типов лесного растительного покрова по его вегетационным индексам; предложен подход к определению экосистемного разнообразия по материалам автоматизированного дешифрирования основных типов лесного растительного покрова. С использованием беспилотного летательного аппарата выполнена аэрофотосъемка четырнадцати ключевых участков, выбранных в Ленинградской области. С использованием цифровой фотограмметрической системы PHOTOMOD выполнено трансформирование аэрофотоснимков. Разработан классификатор основных типов лесных растительных сообществ, характерных для изучаемой территории. Для каждого из них определены вегетационные индексы (нормализованный разностный вегетационный индекс и вегетационный индекс, скорректированный на подстилающую поверхность); выполнено автоматизированное дешифрирование основных типов лесного растительного покрова ключевых участков, и по его результатам рассчитано экосистемное разнообразие каждого из них. В среде ГИС составлена картограмма экосистемного разнообразия ландшафтов Ленинградской области. Выводы. Разработанная авторами методика может успешно применяться при проектировании природно-антропогенных систем в различных регионах с учетом специфики их физико-географических условий.

The relevance of the research is caused by the need to preserve the resource- and environment-reproducing functions of landscapes during their anthropogenic development. One of the factors contributing to the resilience of landscapes to anthropogenic loads is their ecosystem diversity. Currently, cartographic modeling methods are widely used in practice to determine ecosystem diversity, but they are not effective enough due to the lack of updated large-scale cartographic information about the ecosystem structure of the studied landscapes. The aim of the research is to develop a methodology for analyzing the ecosystem diversity of the region's landscapes using remote sensing materials and to test it on the territory of the Leningrad region. Objects: ecosystem diversity of landscapes. Methods: remote sensing of landscapes; construction of digital terrain models in the GIS environment; automated interpretation of soil and vegetation cover; statistical data processing, aerial surveys; cartographic generalizations; regional landscape and environmental analysis using GIS. Results. The expediency of using remote sensing materials to assess the ecosystem diversity of the region's landscapes is substantiated. A model of automated interpretation of the main types of forest vegetation cover based on its vegetation indices is developed; an approach to determining ecosystem diversity based on the materials of automated interpretation of the main types of forest vegetation cover is proposed. Aerial photography of fourteen key sites selected in the Leningrad region was performed using an unmanned aerial vehicle. Aerial photos were transformed using the digital photogrammetric system PHOTOMOD. A classifier of the main types of forest plant communities characteristic of the study area was developed. Vegetation indices were determined for each of them (normalized difference vegetation index and vegetation index adjusted for the underlying surface); automated decoding of the main types of forest vegetation cover in key areas was performed and the ecosystem diversity of each of them was calculated based on its results. In the GIS environment, a cartogram of the ecosystem diversity of the landscapes of the Leningrad region was compiled. Summary. The method developed by the authors can be successfully applied in the design of natural and anthropogenic systems in various regions, taking into account the specifics of their physical and geographical conditions.