Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Московский государственный университет геодезии и картографии

А.П. Сизов, О.М. Антонова

Мониторинг и охрана окружающей среды

Москва 2018

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор С.А. Сладкопевцев (МИИГАиК);

ФГБУН Институт космических исследований РАН (кандидадат технических наук Ф.В. Стыценко)

Сизов А.П., Антонова О.М. Мониторинг и охрана окружающей среды: Учебно-методическое пособие. — М.: МИИГАиК, 2018. – 22 с.

Учебно-методическое пособие подготовлено в соответствии с утвержденной рабочей про-граммой дисциплины «Мониторинг и охрана окружающей среды», рекомендовано к опубликованию кафедрой кадастра и основ земельного права (прот. № 95 от 23.01.2018), советом факультета развития территорий (прот. № 9У-17/18 от 20.03.2018), утверждено к изданию редакционно-издательским советом МИИГАиК.

Рассматривается порядок выполнения практической работы по детекции изменений состо-яния окружающей среды в части землепользования с применением современных программных продуктов (на примере городских земель), а также приводятся, в качестве иллюстративного ма-териала, космические снимки территории крупнейших городов мира, отражающие особенности использования земель в них.

Для студентов магистратуры, обучающихся по направлению «Землеустройство и кадастры».

Электронная версия учебно-методического пособия размещена на сайте библиотеки МИИГАиК http://library.miigaik.ru.

УДК 332.3; 332.54; 711.14

3

ВВедениеКак следует из теоретического курса, под мониторингом окружа-

ющей среды понимается система наблюдений, оценки и прогнозирова-ния, направленных на получение достоверной информации о состоянии окружающей среды и её отдельных компонентов, включая земли [2, 3]. Мониторинг осуществляется в целях:

обновления и поддержания достоверности данных о состоянии окружающей среды;

своевременного выявления изменений в состоянии окружающей среды, оценки и прогнозирования этих изменений;

оценки, предупреждения и устранения отрицательных последствий негативных процессов на состоянии окружающей среды, в том числе на городских землях, выработки предложений о предотвращении нега-тивного воздействия на окружающую среду и устранении последствий такого воздействия.

Результаты мониторинговых наблюдений используются для обеспе-чения всех заинтересованных лиц, включая органы государственной вла-сти и местного самоуправления, информацией о состоянии окружающей среды города. Это необходимо для осуществления охраны окружающей среды, в том числе земель, а также государственного экологического над-зора, включая государственный земельный надзор, производственного и общественного экологического контроля, муниципального и обще-ственного земельного контроля [1, 2].

В процессе изучения дисциплины «Мониторинг и охрана окружаю-щей среды» выполняется практическая работа по детекции изменений состояния окружающей среды в части землепользования с применением современных программных продуктов.

Акцент в работы делается на мониторинг изменения состояния и использования городских земель как незаменимого компонента окружа-ющей среды в городских условиях и важной составляющей категории земель «земли населённых пунктов» [1, 4].

Состояние и использование земель в крупных, крупнейших и сверх-крупных городах весьма динамично. Так, в Москве проводится политика активного развития города путем реорганизации территорий, занимаемых нефункционирующими промышленными объектами. Осуществляется изменение типа землепользования у земель промышленного использо-вания на иные типы землепользования (земли жилой и общественной застройки, улично-дорожной сети, отчасти земли природного комплекса и озеленённые и т.п.). Соответственно, изменяется и вид разрешённого использования земельных участков на реорганизуемых территориях.

4

Существенные изменения в землепользовании ожидаются в связи с программой реновации жилья. Ситуация же в малых, средних и даже больших городах более стабильная, иногда даже приводящая к дегра-дации городов [4].

В приложении приводятся космические снимки одного и того же масштаба, на которых наглядно видны особенности планировки терри-тории и землепользования крупнейших городов мира.

В настоящем пособии изложена методика мониторинга окружающей среды на примере детекции изменений состояния городских земель с последующим исчислением скорости этих изменений. Технологиче-ское обеспечение мониторинга земель предусматривает применение современных программных продуктов картографического обеспечения, необходимых для формирования комплексной многоуровневой про-странственно-временной модели состояния земель. На основе такой модели возможны выявление и анализ проблем, определяющих тенден-ции изменения состояния городских земель, а уже затем – подготовка и реализация управленческих решений.

5

1. Общие положения методики детекции изменений состояния городских земель

Объект работы: серия разновременных космических снимков застроенной, застраиваемой или подлежащей застройке территории.

Предмет работы: выявление изменений в состоянии и использова-нии городских земель на серии разновременных космических снимков застроенной, застраиваемой или подлежащей застройке территории.

Цель работы: ознакомление с технологией выявления изменений в состоянии и использовании городских земель на примере динамики развития отдельно взятой территории и получение навыков работы с программными продуктами, позволяющими отображать изменения на картографическом материале.

Решаемые задачи: 1. Диагностировать и проанализировать виды изменений состоя-

ния и использования городских земель, произошедших на конкретной территории города вследствие его развития.

2. Ознакомиться с технологией подготовки карт изменений со-стояния и использования городских земель.

3. Осуществить расчёт и провести анализ скорости изменения состояния и использования городских земель.

Основные этапы работы:1. Выбор территории для выявления изменений состояния и ис-

пользования городских земель.2. Поиск снимков за определённый период времени. Описание

видимых изменений.3. Выбор программного продукта (ПП) для выявления изменений.

Привязка и дешифрирование снимков в среде выбранного ПП.4. Определение типа землепользования на отобранных снимках.5. Определение площадей установленных землепользований.6. Расчёт скорости изменений состояния и использования го-

родских земель.7. Анализ полученных результатов и вывод по вариантам раз-

вития выбранной территории.

2. Выбор территории для выявления изменений состояния и использования городских земель

Критериями выбора территории служат следующие условия:1. Выбранная конкретная территория в предшествующий период

должна относиться к землям любой категории и любому типу земле-пользования, застраиваемым или подлежащим застройке.

6

2. Выбранная конкретная территория в настоящий период должна относиться к землям населенных пунктов, застраиваемым или уже за-строенным.

Таким образом, на выбранной территории в различные периоды осуществляется её застройка с итоговым переводом земель в земли на-селенных пунктов (если эта территория исходно не относилась к землям населенных пунктов).

Важно! Прежде, чем выбрать конкретную территорию, следует убедиться, что в свободном доступе достаточно материала для работы (космические снимки, документы описательного характера по террито-рии, фотографии).

В качестве наглядного примера выполнения работы выбрана террито-рия жилого комплекса (ЖК) «Центр-2» (микрорайон Железнодорожный городского округа Балашиха Московской обл.; рис.1).

Рис. 1. Место расположения ЖК «Центр-2» (микрорайон Железнодорожный городско-го округа Балашиха Московской обл.) (подготовлено с помощью «Google Earth»)

7

Причины выбора данной территории:1. Данный ЖК является относительно новым, его строительство

еще не завершено. Существует официальный сайт ЖК (http://cnt2.ru), на котором наличествует информация (план застройки, этапы застройки, полезность застройки, социальные и транспортные объекты), полезная в дальнейшем для анализа развития этой территории.

2. Строящийся ЖХ располагается на землях, ранее занимаемых филиалом ГУП «Мосзеленхоз» «Московский совхоз декоративного садоводства», относившихся к типу землепользования «Земли сельско-хозяйственного использования».

3. На данную территорию имеется несколько разновременных космических снимков.

3. Поиск снимков за определённый период времени. Описание видимых изменений. Выбор программного

продуктаНа сегодняшний день существует множество ПП, позволяющих

отыскивать и изучать космические снимки. Некоторые ПП являются, по сути, только средой обработки космических снимков и карт. Из таких ПП широко известна ГИС MapInfo.Professional. При работе с ней снимки и карты нужно искать самостоятельно, подгружать в ГИС и «привязы-вать» к системе координат, описывая видимые невооружённым глазом изменения в ситуации.

Другие ПП имеют свою базу данных уже «привязанных» к системе координат космических снимков, подгружаемых с собственных серверов. К таким ПП относятся следующие:

1. SAS.Планета (http://sasgis.ru/sasplaneta/) – свободная программа, предназначенная для просмотра и загрузки космических снимков высоко-го разрешения и обычных карт, представляемых такими сервисами, как Google Earth, Google Maps, Bing Maps, Digital Globe, «Космоснимки», «Яндекс.карты», Yahoo!, Gurtam, OpenStreetMap, VirtualEarth, eAtlas, iPhone maps, «Карты Генштаба СССР» (http://maps.southklad.ru) и др.

2. Google Earth (https://www.google.com/earth/) – ПП, предназначен-ный для «путешествия» по городам, странам, материкам всей планеты; также есть возможность ознакомиться с космическими объектами, 3D-макетами существующих и ранее существовавших земных объектов недвижимости.

Важно! Для полноценной работы с данным ПП необходимо иметь аккаунт на Google.

В качестве примера будем исследовать наш объект с помощью ПП

8

«Google Earth». Данный ПП русифицирован, имеет обширную базу данных и, что немаловажно, понятный интерфейс. Кроме того, на сайте производителя можно ознакомиться с понятной инструкцией. Для даль-нейшей работы необходимо скопировать и установить выбранный ПП. Определившись с инструментом, приступим к следующему этапу – не-посредственно, мониторингу заданного объекта.

4. Осуществление мониторинга земель (привязка и дешифрирование снимков; определение типа

землепользования на отобранных снимках; определение площадей установленных землепользований)

При запуске «Google Earth» производитель предлагает нам всю пла-нету (рис. 2). Нас будет интересовать только выбранный объект. Для его поиска можно использовать масштабирование в правом верхнем углу + передвижение мышью или поиск в левом верхнем углу (рис. 3).

Из всего многообразия функций и возможностей нам будут необ-ходимы только некоторые из них. В «Google Earth» «Планета Земля» инструменты, позволяющие наносить свои метки – точечные указатели («Добавить метку») и полигональные объекты («Добавить многоуголь-ник») (рис. 4), а также база доступных предыдущих снимков «Историче-ские изображения» расположены на Панели инструментов (рис. 5). Для «пролистывания» снимков необходимо использовать ползунок времени.

Рис. 2. Интерфейс «Google Earth»

9

Если с инструментом «Исторические снимки» все достаточно понят-но, то на функции «Добавить многоугольник» остановимся подробнее. Этот инструмент нам пригодиться для определения площади, а затем и скорости изменения объекта недвижимости.

Перед началом работы расположите выбранный объект исследо-вания в центре экрана так, чтоб вся его территория была доступна для дальнейших действий. При выборе на панели инструментов «Добавить многоугольник» появляется рабочее окно с настройкой создаваемого многоугольника (рис. 6).

Название указываем так, чтоб было понятно, что это за объект и к какому времени относиться его снимок. После процедуры создания многоугольника по левой стороне в графе «Метки» будет создан поль-зовательский слой с указанным названием многоугольника.

Рис. 3. Поиск заданного объекта в «Google Earth»

Рис. 4. Панель инструментов «Google Earth»

Рис. 5. Функция «Исторические снимки» в «Google Earth»

10

После выбора параме-тров многоугольника (цвет контура, заливка и пр.) НЕ ЗАКРЫВАЙТЕ окно с на-стройками, а приступайте к созданию объекта.

На рис. 7 представлен процесс создания много-угольника, проходящего по границам ЖК «Центр-2». Только после окончания фор-мирования необходимого объекта, корректировки уз-лов (вершин) многоугольни-ка, можно нажать кнопку ОК в рабочем окне инструмента.

Сформировав границы исследуемой территории на последнюю дату снимков (у нас это 09.05.2016), ис-пользуем функцию «Исто-

рические снимки» и посмотрим снимки на самую раннюю дату, которая имеется в базе (у нас это 11.06.2003). Пролистав имеющиеся снимки на данную территорию, можно сделать вывод, что с 06.2003 по 05.2011 никаких изменений в землепользовании не было. Поэтому в качестве отправного пункта будем брать снимок 23.05.2011. Сравним два снимка (рис. 8).

Рис. 6. Рабочее окно функции «Добавить много-угольник» в «Google Earth»

Рис. 7. Процесс создания многоугольника в «Google Earth»

11

На данную территорию в программе «Google Earth» имеется более 10 снимков в указанном промежутке времени (с 05.2011 по 05.2016), по-этому, используя ПП получаемую с космических снимков информацию, мы можем проследить все этапы строительства, установить среднюю скорость застройки за весь выбранный промежуток времени, а также выделить скорости застройки по определенным землепользованиям.

Для этого нам необходимо подготовить две карты использования земель, относящиеся по времени к исследуемым датам, путём дешиф-рирования городских земель.

Выделяем, с градостроительных (хозяйственных) позиций, раз-личные типы землепользования и иллюминуем их соответствующим цветом, указанным в табл. 1.

Тип землепользования — это способ использования земель, от-личающихся друг от друга по природно-историческим признакам, для существенно различных хозяйственных целей. Земли, относящиеся к разным типам землепользования, различаются физическим состоянием, характером поверхности и, соответственно, спектрально-отражатель-ными свойствами, важными для осуществления мониторинга земель дистанционными методами.

Получив две карты использования земель для двух дат, необходимо отобразить полученные при дешифрировании объекты на одной карте. Различия на снимках следует выделить с помощью менее прозрачной заливки. В результате проведенных манипуляций мы получим карту изменений землепользования.

Так как исходное состояние выбранного в качестве примера участка характеризуется нулевой застройкой на первом снимке (2011), то для подготовки карты изменений землепользования необходимо выделить объекты недвижимости на втором снимке (2016).

Рис. 8. Космические снимки исследуемого района в «Google Earth», разнесенные во времени:

А) снимок по состоянию на 05.2011; Б) снимок по состоянию на 05.2016.

12

Выделить объекты недвижимости – значит, создать контур для каждого построенного или строящегося здания путём обрисовки границ объектов недвижимости с помощью инструмента «Многоугольник». Для дальнейшего удобства работы и подсчета застроенной площади не-обходимо создавать объекты в соответствующих слоях (т.к. на слое 2011 у нас нет объектов, то все объекты мы будем обрисовывать на слое 2016, в примере он называется «ЖК «Центр-2» на 2016»). Для это в списке «Мои метки» (левый край рабочего окна) выбираем необходимый слой («ЖК «Центр-2» на 2016»), с помощью правой клавиши мыши вызываем вспомогательное окно, выбираем функцию «Добавить», далее выби-

Т а б л и ц а 1Типы землепользований на городских землях

Тип землепользования

Основные компоненты Рекомендуемый тон

Земли жилой за-стройки

Жилые районы и микрорайоны (кварта-лы), отдельные жилые комплексы

Жёлтый

Земли обществен-ной застройки

Общественные центры, объекты до-школьного воспитания, образования и здравоохранения, науки, торговли,

исторической застройки и иного обще-ственного назначения

Оранжевый

Земли промышлен-ного использования

Промышленные, научно-производствен-ные, коммунально-складские зоны и

объекты

Фиолетовый

Земли улично-до-рожной сети

Пути внутригородского и междугородне-го сообщения (проспекты, шоссе, улицы,

площади, проезды)

Светло-серый

Земли внешнего транспорта

Объекты железнодорожного, морского, речного и воздушного транспорта

Тёмно-серый

Земли сельскохозяй-ственного использо-

вания

Сельскохозяйственные угодья (пашни, многолетние насаждения, пастбища и

т.п.), теплицы и тепличные комбинаты, фермы

Жёлто-зелёный, салатовый

Земли природного комплекса и озеле-

ненные

Городские леса, лесопарки, парки, сады, скверы, бульвары, охраняемые ланд-

шафты и особо охраняемые природные территории

Зелёный

Земли специального использования

Кладбища, полигоны для размещения от-ходов, военные объекты

Коричневый

Земли экстенсивного использования

Пустыри, резервные территории Белый

Водные поверхности Водоёмы и водотоки Синий

13

раем «Многоугольник» (рис. 9). Процедура создания многоугольника аналогична выше описанной. Для каждого объекта недвижимости (или незавершенного строительства) создается отдельный многоугольник на карте (рис. 10).

Рис. 9. Создание контуров объектов недвижимости с помощью внутренней функции выбранного слоя в «Google Earth»

Рис. 10. Создание независимых объектов внутри слоя в «Google Earth»

14

После обрисовки всех объектов недвижимости необходимо вы-числить площадь застройки, заполнив табл. 2. Данные заполняются на каждый объект недвижимости. В случае, если на даты Д1 или Д2 данный объект отсутствует (еще не построен или уже снесен), то в соответству-ющей графе ставиться «0».

Т а б л и ц а 2Определение площади объектов недвижимости по состоянию на даты д1 и д2, м

2

Объект недвижимости Состояние на д1 Состояние на д2

ОН № 1ОН № 2ОН № …

S SД1 SД2

Для расчёта площадей воспользуемся возможностями ПП. В бес-платной программе «Google Earth» нет функции «подсчет площади», для дальнейшей работы необходимо скопировать программу «Google Earth Pro». Это платная версия ПП с обязательным введением лицензионного ключа, однако можно воспользоваться тестовым режимом, тогда в ка-честве лицензионного ключа вводиться предложенный производителем ключ, указанный на сайте (рис. 11):

https://support.google.com/earth/answer/176160?hl=ru&ref_topic=2376762

Рис. 11. Вход в тестовый режим ПП «Google Earth Pro»

15

При запуске новой программы Ваши метки сохраняются. Для опреде-ления площади объекта выбираем в списке «Мои метки» (левая сторона рабочего окна) необходимый объект недвижимости. Правой кнопкой мыши вызываем диалоговое окно и выбираем вкладку «Свойства». Это же можно сделать, выделив объект недвижимости на самой карте. Далее работаем с вкладкой «Измерения», выбрав в графе «площадь» «квадрат-ные метры» (рис. 12). Данные вносим в табл. 2.

5. Расчёт скорости изменений состояния и использования городских земель

Определив площади объектов недвижимости для обеих дат, рассчи-таем общую площадь застройки на две эти даты:

SД1 = Σ(ОНi)Д1; SД1 = (ОНi)Д2.Скорость изменения землепользования за период между двумя съём-

ками, измеряемая в м2/год, рассчитывается по формуле:

2 1

.S S

V−

=−

Ä2 Ä1èç Ä Ä

Рис. 12. Определение площади объекта недвижимости с помощью «Google Earth Pro»

16

6. Анализ полученных результатов и выводыВ результате проделанной работы студенты должны получить: две разновременные карты использования земель на одну и ту же

территорию, созданные на две различные по времени даты;карту изменений использования земель;таблицу площадей объектов недвижимости на двух картах исполь-

зования земель;величину скорости изменения землепользования.В прилагаемой пояснительной записке приводится анализ полу-

ченных результатов и выводы по предлагаемым вариантам развития выбранной территории.

17

ЛиТеРАТуРА1. Земельный кодекс Российской Федерации: От 25.10.2001 № 136-

ФЗ // СПС «КонсультантПлюс».2. Об охране окружающей среды: Федеральный закон от 10.01.2002

№ 7-ФЗ // СПС «КонсультантПлюс»3. Положение о государственном экологическом мониторинге (госу-

дарственном мониторинге окружающей среды) и государственном фонде данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) / Утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 09.08.2013 № 681 // СПС «КонсультантПлюс».

4. Сизов А.П. Мониторинг и охрана городских территорий: Учеб-ник. – М.: Издат. центр «Академия», 2016. – 224 с.

18

ПРиЛОжения Приложение А

Фрагмент космического снимка на территорию города Москвы

Данный фрагмент характеризуется достаточно высокой плотностью застройки, с хорошим озеленением территории, отсутствием резервов для дальнейшей застройки.

Приложение БФрагмент космического снимка на территорию города Лондона

Данный фрагмент характеризуется очень высокой плотностью за-стройки, с минимальным озеленением территории, высокой степенью хао-тичности дорожной сети, отсутствием резервов для дальнейшей застройки.

19

Приложение ВФрагмент космического снимка на территорию города Парижа

Данный фрагмент характеризуется высокой плотностью застройки, с достаточным озеленением дворовых территорий и большим количеством рекреационных зеленых зон, радиальной структурой дорожной сети, по-хожей на московскую, отсутствием резервов для дальнейшей застройки.

Приложение ГФрагмент космического снимка на территорию города улан-Батора

Данный фрагмент характеризуется достаточно низкой плотностью застройки, с минимальным озеленением территории с элементами опустынивания, однако территория имеет значительный потенциал для дальнейшего развития.

20

Приложение ДФрагмент космического снимка на территорию города Шанхая

Данный фрагмент характеризуется ярко выраженным территориаль-ным зонированием: жилая зона представлена застройкой с достаточно высокой плотностью и минимальным озеленением территории, промыш-ленная зона имеет достаточно большой санитарно-защитный природный барьер, имеется также зона дальнейшего развития территории.

Приложение ЕФрагмент космического снимка на территорию города джакарты

Данный фрагмент характеризуется чрезвычайно высокой плотностью застройки с низким уровнем озеленения; территория имеет потенциал для дальнейшего развития, однако требуются масштабные работы по реновации территории.

21

СОдеРжАниеВведение .................................................................................................. 31. Общие положения методики детекции изменений состояния

городских земель ........................................................................................ 52. Выбор территории для выявления изменений состояния

и использования городских земель .......................................................... 53. Поиск снимков за определённый период времени.

Описание видимых изменений. Выбор программного продукта .......... 74. Осуществление мониторинга земель (привязка

и дешифрирование снимков; определение типа землепользования на отобранных снимках; определение площадей установленных землепользований) ..................................................................................... 8

5. Расчёт скорости изменений состояния и использованиягородских земель ...................................................................................... 15

6. Анализ полученных результатов и выводы .................................... 16Литература ........................................................................................... 17Приложения ........................................................................................ 18

Внутривузовское изданиеПодписано в печать 26.12. 2018. Гарнитура Таймс

Формат 60×90/16 Бумага офсетная Объем 1,25 усл. печ. л.

Тираж 25 экз. Заказ № 192. Продаже не подлежит

Отпечатано в Типографии МИИГАиК