Способ экологической оценки зеленых насаждений улиц и городских дорог с применением материалов дистанционного зондирования Земли и геоинформационных технологий
METHOD FOR ECOLOGICAL ASSESSMENT OF GREEN SPACES OF STREETS AND CITY ROADS USING MATERIALS OF REMOTE SENSING OF THE EARTH AND GEOINFORMATION TECHNOLOGIES

Изобретение относится к области получения и компьютерной обработки данных об объектах, имеющих пространственную (координатную) привязку. Область использования: управление озеленением; оценка состояния объектов озеленения, имеющих линейную структуру (зеленые зоны вдоль улиц, дорог, водоохранные и защитные лесополосы и пр.).
cp0
cpR
p0
pR
0
R
0
cp0
R
cpR
R
0
R
0
R
R
0
0
R
0
R
0
1,2
1,2
1,2
-1
1/3
1,2
Из предшествующего уровня техники известен способ определения экологического состояния лесов, включающий их зондирование с аэрокосмического носителя, измерение коэффициента спектральной яркости (КСЯ) древесного полога, вычисление по измеренным значениям КСЯ индексов жизненности (g) и красного поражения (r), получение двухмерных изображений поля яркости I (х, у) древесного полога в зеленой (G) и красной (R) полосе видимого диапазона, оценку состояния лесных массивов по измеренным значениям КСЯ и I (х, у), отличающийся тем, что осуществляют синхронное измерение КСЯ и I (х, у) одних и тех же участков соосно установленными на подвижной телеуправляемой платформе спектрометром и цифровыми камерами G и R диапазонов, поля зрения которых совмещены, вычисляют вегетационный индекс (NDVI) насаждения анализируемого участка в ближнем ИК диапазоне, формируют результирующую матрицу (О) изображения путем попиксельного сложения матриц изображений (G) и (R), программной обработкой сигнала матриц изображений вычисляют среднюю частоту пространственных спектров результирующей матрицы и матрицы (R) соответственно F, F, а также площади рельефов древесных пологов Sи S, рассчитывают характеристики древостоев участка: полноту П, Пи диаметр кроны среднего дерева D=1/F, D=1/F, определяют весовой коэффициент α через отношения α=(П/П)(D/D)коэффициента запаса ослабленных деревьев ПD к общему коэффициентному запаса участка ПD , а степень ослабленности Q древостоя участка определяют по регрессионной зависимости, прокалиброванной по измерениям эталонных участков, вида: Q=0,6(gNDVI)(r(1-NDVI))(П/П)(D/D). RU2416192C2, A01G 23/00, 27.04.2009.
Недостатки аналога:
- необходимость использования в качестве источников исходных данных материалов ДЗЗ, выполненных в различных зонах спектра, что требует повышенных финансовых затрат на проведение работ, а также привлечения узких специалистов для их обработки;
- отсутствие возможности проведения экологической оценки состояния каждого конкретного дерева, что особенно важно для городских зеленых насаждений.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ экологического измерения сторон березняка городского сквера по флуктуирующей асимметрии листьев, взятый в качестве прототипа, сущность которого заключается в том, что в городском сквере вытянутой формы выделяют на каждой удлиненной стороне не менее пяти учетных деревьев березы, затем по четырем сторонам света на учетных деревьях березы выделяются висячие укороченные ветви с листьями с флуктуирующей асимметрией, измеряют высоту от середины вертикально висячей укороченной ветви до поверхности почвы, расстояние от этой ветви до автомобильной дороги и обхват ствола каждой учетной березы на высоте 1,5 м от поверхности почвы, далее проводят статистическое моделирование с построением статистических моделей по каждому из измеренных параметров с определением коэффициента корреляции, а сравнительную оценку состояния территории по сторонам городского сквера проводят по отношению полученных коэффициентов корреляции по двум сторонам городского сквера. RU(11)2549779(13)C2 A01G 23/00 (2006.01).
Предлагаемый способ направлен на устранение следующих недостатков:
- необходимость использования в качестве источников исходных данных материалов ДЗЗ, выполненных в различных зонах спектра, что требует повышенных финансовых затрат на проведение работ, а также привлечения узких специалистов для их обработки;
- отсутствие возможности проведения экологической оценки состояния каждого конкретного дерева, что особенно важно для городских зеленых насаждений;
- ориентация на одну определенную породу дерева, в то время как городское озеленение отличается разнообразным видовым составом;
- отсутствие возможности определения точного местоположения каждого отдельного дерева.
Способ заключается в определении экологических характеристик зеленых насаждений улиц и городских дорог с использованием свободно распространяемых (бесплатных) данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и геоинформационных технологий (ГИС-технологий).
В основу предлагаемого способа инвентаризации и экологической оценки зеленых насаждений улиц и городских дорог с применением материалов дистанционного зондирования Земли и геоинформационных технологий положена задача ускорения и удешевления процесса получения и обновления сведений о пространственном положении и экологическом состоянии зон озеленения вдоль улиц и городских дорог.
Существенными признаками, характеризующими изобретение, являются:
- комплексное использование свободно распростираемых материалов ДЗЗ на территорию населенного пункта и материалов панорамной уличной фотосъемки, предлагаемой открытыми картографическими сервисами Gooole или Яндекс;
- расчет интегрального экологического показателя состояния каждого отдельного дерева;
- представление результатов исследований в виде цифровых карт городского озеленения.
Перечисленные признаки обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которое распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Реализация патентуемого способа осуществляется путем комплексного использования материалов ДЗЗ на территорию города и материалов панорамной уличной фотосъемки, полученных с бесплатных картографических сервисов (Google Maps, Яндекс.Карты) для сбора исходных сведений, необходимых для расчета индекса геоэкологического состояния зеленых зон вдоль улиц и городских дорог (см. фиг. 1).
Обработка полученных материалов ДЗЗ для вычисления и картографирования индекса геоэкологического состояния зеленых зон, размещенных вдоль улиц и городских дорог, выполняется в среде ГИС. Общая технологическая последовательность оценки геоэкологического состояния зеленых зон вдоль улиц и городских дорог приведена на фиг. 2.
Результатом процесса обработки материалов ДЗЗ является специализированная база данных о зеленых зонах. Она дополняется семантической информацией об основных характеристиках деревьев, растущих в ее границах. Для этого используются материалы панорамной уличной фотосъемки.
Третьим этапом является оценка состояния каждой конкретной зеленой зоны района работ и состояния каждого отдельного дерева в ее границах. Общая последовательность действий представлена на фиг. 3.
В результате расчетов определяется индекс геоэкологического состояния для каждого конкретного дерева в границах зеленой зоны, а также для каждой зеленой зоны в целом. Расчет геоэкологического состояния для каждого конкретного дерева осуществляется по формуле (1):
s
где G – индекс геоэкологического состояния дерева;
n
L - индекс жизненного состояния дерева;
d
P – индекс степени повреждения дерева насекомыми-вредителями и болезнями леса;
ps
I – индекс рациональности размещения дерева.
n
d
Индекс жизненного состояния дерева L и индекс степени повреждения дерева насекомыми-вредителями и болезнями леса P оцениваются в соответствии с формулами, предложенными В. А. Алексеевым и традиционно применяемыми в современном российском лесоведении при проведении подобных исследований [Алексеев В. А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. - 1989. - No 4. - С. 51-57.].
ps
Индекс рациональности размещения дерева I определяется с учетом действующего СНиП [СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. М.: Госстандарт. - 2011. - С. 174.], который регламентирует размещение городских зеленых насаждений относительно зданий и сооружений.
Индекс геоэкологического состояния зеленой зоны в целом определяется как медианное значение индексов геоэкологического состояния деревьев, произрастающих в ее границах.
Рассчитанные индексы геоэкологического состояния зеленой зоны и отдельных деревьев в ее границах заносятся в специализированную базу данных зеленой зоны. Это дает возможность осуществлять их моделирование с использованием приемов пространственного анализа и отображать результаты моделирования на цифровых картах, формируя, таким образом, информационное обеспечение мероприятий по мониторингу и содержанию зеленой зоны.
На завершающем этапе результаты инвентаризации и оценки геоэкологического состояния зеленых зон отображаются в виде цифровых схем озеленения, которые являются конечным продуктом, предоставляемым специалистам в области управления зелеными насаждениями (фиг. 4).
Разработанный способ обеспечивает достаточно оперативное и малозатратное получение сведений, достаточных для оценки состояния зеленых зон вдоль улиц и городских дорог, и планирования мероприятий по их поддержанию в оптимальном состоянии.