ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ИЗМЕНЕНИЯ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ФЕРГАНСКОЙ ДОЛИНЫ

АННОТАЦИЯ

С увеличением населения на планете идёт процесс повсеместной деградации земель (опустынивания, заболачивания, эрозии почв, разрушения естественных угодий и т.д.). Проблема роста населения является актуальной для многих Центральноазиатских стран, в связи с чем мониторинг и своевременная оценка ситуации являются необходимой составляющей процесса инвентаризации состояния землепользования. Применение ГИС технологий позволяет своевременно и наиболее точно определить подобного рода изменения. В работе проведена оценка изменений типов землепользования в части Ферганской долины по спутниковым снимкам Ландсат в период с 2009 по 2021 г. В результате обнаружено, что за данный период наиболее резкие изменения отражают увеличение площадей населенных пунктов за счет сокращения сельскохозяйственных участков.

ABSTRACT

With an increase in the population on the planet, there is a process of widespread land degradation (desertification, waterlogging, soil erosion, destruction of natural lands, etc.). The problem of population growth is relevant for many Central Asian countries, in connection with which monitoring and timely assessment of the situation are a necessary component of the process of inventorying the state of land use. The use of GIS technologies allows timely and most accurate determination of such changes. The paper assessed changes in land use types in a part of the Fergana Valley using Landsat satellite images in the period from 2009 to 2021. As a result, it was found that over this period, the most dramatic changes reflect an increase in the areas of settlements due to the reduction of agricultural plots.

Ключевые слова: дистанционное зондирование, землепользование, мониторинг, Узбекистан, геоинформационные системы.

Keywords: remote sensing, land use, monitoring, Uzbekistan, geoinformation systems.

По прогнозам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН к 2050 году население мира вырастет почти до 10 миллиардов человек, что увеличит спрос на сельскохозяйственную продукцию – при сценарии умеренного экономического роста – примерно на 50 процентов по сравнению с 2013 годом [ФАО, 2017]. Люди используют землю для производства продовольствия, энергии, воды, и в связи с этим, такие факторы как урбанизация и антропогенная деятельность существенно влияют на ее характеристики [5, c. 18,]. Изменения в почвенном покрове отражают развитие социальных, природных и экологических процессов. В связи с этим, для принятия экономически и экологически обоснованных решений необходимо оперативное, своевременное управление информацией. Данные дистанционного зондирования содержат массивные, энерго и трудосберегающие данные, позволяющие оценить вопросы изменения земного покрова и решения вышеуказанных вопросов с наименьшими усилиями.

В качестве объекта исследования была выбрана часть Ферганской долины, расположенная на теритирии Республики Узбекистан, включающая три области, а именно  Ферганскую, Наманганскую и Андижанскую [4, c.10]. Непосредственно в Ферганской долине расположены самые густонаселенные поселения и согласно статистическим данным здесь проживает треть граждан государства Узбекистан. Основная часть жителей, как и прежде, занята в сельском хозяйстве. Орошаемые земли возделаны под посевы хлопчатника, и риса, в предгорьях расположены богарные пашни зерновых культур, многочисленные сады, огороды, бахчи и виноградники, участки пустынных равнин служат для круглогодичного выпаса скота.

Спутниковые снимки LANDSAT, загруженные с веб-сайта Геологической службы США (http://earthexplorer.usgs.gov) за 2009 (TM5) и 2021 (OLI8) года. Спутниковые снимки были геометрически скорректированы и получены в стандартной проекционной системе (UTM, исходные данные WGS84).

Рисунок 1. Изучаемая территория

Данные собраны за период с 30 июня по 15 июля, в связи с наименьшей облачностью и полным отсутствием осадков в данный период. Для получения изображения, полностью покрывающего исследуемою территорию, составлена мозаика из четырёх последовательных изображений для каждого года рядов (path) 152 и 153 и колонок (row) 31 и 32. (таблица 1). По необходимоси проведена геометрическя и атмосферная коррекция по методу самого темного пикселя, применены фильтры (медианный и Лапласа) для повышения четкости изображения и снижения шумовых эффектов [2, c.8]. Далее при помощи функции Clip (обрезка) были ограничены элементы массива указанными границами необходимых значений [3, c. 10].

Таблица 1.

Детализация используемых изображений.

Классификация была проведена на основе метода спектральной корреляции, позволяющего получить результат с наибольшим процентом общей точности [1, c. 6, 6, c. 50,].  Метод спектральной корреляции сравнивает спектр изображения с индивидуальными спектрами обучающих полигонов. Алгоритм определяет подобие между спектрами, вычисляя «угол отклонения» между ними при этом обрабатывая их как векторы в пространстве с размерностью равной числу спектральных полос (n).

Обработка изображений и ГИС анализ были выполнены с использованием программного обеспечения Erdas Imagine 2014 и ArcGIS 10.6.1. Составлены композиции ложных цветов с использованием ближнеинфракрасного, красного и зеленого диапазонов (4,3,2 для Ландсат ТМ и 5,4,3 для Ландсат OLI) (рис. 2)

Рисунок 2. Откорректированные изображения в ложной комбинации цвета (2009 слева и 2021 справа)

В результате классификации спутниковых изображений получены карты землепользования, включающие 5 основных классов, таких как вода (синий цвет), непокрытая растительностью территория (желтый), растительный покров (зеленый), населенные пункты (розовый), снег, облака (белый) (рисунок 3).

Рисунок 3. Карты землепользования (2009 слева, 2021 справа)

Проанализирована карта разности, созданная с помощью Model Maker при вычитании одной карты от другой. Выявлены участки, на которых наиболее наглядно произошли существенные изменения (рисунок 4).

В период с 2009 по 2021 год в районе Ферганской долины анализ изменений в почвенном покрове показал, что сокращение посевных площадей вызвано их преобразованием в населенные пункты. Заселенные территории увеличились в 1,27 раза за исследуемый период.

Рисунок 4. Карта разности за период 2009 – 2021 года

Согласно статистическим данным и отчёту Государственного комитета по статистике о демографической ситуации в стране, численность постоянного населения Узбекистана по сравнению с 2020 годом увеличилась на 712,4 тысячи, или 2,1%, и составила 35,27 миллиона человек. Постоянный прирост населения в Республике приводит к увеличению заселенных территорий за счет сельскохозяйственных территорий. Динамика изменений имеет ярко выраженный положительный характер, что отчетиво видно при изучении космических снимков Ландсат.

Список литературы:

1. Герц Ж. В, Пулатов А.С. Сравнение методов классификации космических снимков Ландсат на примере АВП Соф Оқ Олтин // Irrigartsiya va melioratsiya, Ташкент, 2017.- №1(7), C 5-8
2. Пулатов А.С, Герц Ж. В. Применение фильтров дистанционного зондирования земли с целью улучшения качества снимков на примере Сырдарьинской области (Узбекистан) // Экологическое обозрение, Ташкент, 2014.- №10 (162), C. 7-9
3. Aslanov I. et al., Applying remote sensing techniques to monitor green areas in Tashkent Uzbekistan // E3S Web Conf., voёl. 258, pр. 04-012, May 2021, doi: 10.1051/e3sconf/202125804012.
4. Aslanov I. et al., Evaluation of soil salinity level through using Landsat-8 OLI in Central Fergana valley, Uzbekistan // E3S Web Conf., vol. 258, p. 03012, May 2021, doi: 10.1051/e3sconf/202125803012.
5. Dubertret F., Tourneau F. Le, Villarreal M. L., and Norman L. M., Monitoring Annual Land Use / Land Cover Change in the Tucson Metropolitan Area with Google Earth Engine ( 1986 – 2020 ), pp. 1–22, 2022
6.  Gerts J., Juliev M., Pulatov A., Multi-temporal Monitoring of Cotton Growth through the Vegetation Profile Classification for Tashkent Province, Uzbekistan // GeoScape 14 (1), 2020, рp. 47-54