Как изменилась площадь лесов вокруг посёлка за 20 лет по спутниковым снимкам

Почему сравнение снимков надёжнее памяти и слухов

Лес меняется медленно, и глазом с земли эти изменения почти не видны — деревья то вырастают на месте старой вырубки, то исчезают под новой застройкой, а свидетель на земле видит только маленький кусочек леса рядом со своим домом. Вид сверху решает эту проблему разом: один и тот же снимок из космоса охватывает сразу весь массив вокруг посёлка, и на нём одинаково заметны и разросшийся молодой подлесок, и свежая вырубка, и старая гарь, заросшая кустарником. Сравнение двух таких снимков с разницей в двадцать лет превращает смутное ощущение «леса стало меньше» в конкретную границу на карте, которую можно измерить и показать другим людям.

Где взять бесплатные снимки разных лет

Архив открытых спутниковых снимков сегодня доступен без специального оборудования и без оплаты. Европейская программа дистанционного зондирования Земли предоставляет снимки через собственный веб-браузер снимков, где можно выбрать точку на карте и просмотреть доступные даты за последние годы. Более долгий архив, уходящий на несколько десятилетий назад, даёт американская программа спутниковой съёмки Landsat через открытый портал геологической службы США — там же снимки можно скачать в высоком разрешении для дальнейшей обработки. Проще для новичка работает историческая шкала снимков в десктопном приложении для просмотра земной поверхности — там достаточно потянуть ползунок дат, чтобы увидеть один и тот же участок в разные годы прямо в браузере, без скачивания больших файлов. Стоит учитывать, что глубина архива и частота съёмки отличаются от места к месту, поэтому для конкретного посёлка сначала нужно проверить, какие даты вообще доступны.

Как отличить лес от остальной поверхности на снимке

На обычном цветном снимке взрослый лес выглядит как плотная тёмно-зелёная текстура с характерной зернистостью от отдельных крон, а вырубка, поле или застройка — как более ровная и светлая поверхность. Для более надёжного разделения существует особый расчётный показатель — индекс вегетации NDVI, который сравнивает отражение растительностью света в видимом и в ближнем инфракрасном диапазоне. Здоровая густая растительность даёт высокое значение этого индекса, голая земля, асфальт и вода — низкое, поэтому карта NDVI позволяет выделить границы леса почти автоматически, даже когда обычный снимок выглядит неоднозначно из-за освещения или дымки. Для базового школьного исследования вполне хватает и простого визуального сравнения по цвету и текстуре, а расчёт NDVI пригодится, если хочется более точного и наглядного результата.

Пошаговая методика сравнения двух лет

Подготовка снимков

Первый шаг — выбрать два снимка одного и того же участка с разницей примерно в двадцать лет, желательно снятые в одном сезоне: сравнение летнего снимка с зимним обманет любого исследователя, потому что голые кроны лиственного леса зимой выглядят совсем не так, как летом. Второй шаг — по возможности выбрать снимки без облаков над интересующим участком, иначе облако легко спутать с вырубкой или, наоборот, скрыть реальную вырубку под собой. Третий шаг — обрезать оба снимка до одной и той же территории вокруг посёлка, используя одинаковые ориентиры вроде дороги, реки или края застройки как границы кадра.

Совмещение и разметка границ леса

Чтобы два снимка легли ровно один поверх другого, нужно совместить их по общим неподвижным ориентирам — перекрёсткам дорог, руслу реки, углам старых зданий, которые точно не сдвинулись за двадцать лет. Бесплатные геоинформационные программы умеют привязывать снимок к реальным координатам автоматически, а для самого простого варианта достаточно наложить снимки друг на друга в любом графическом редакторе, ориентируясь по тем же неподвижным точкам. Дальше границу леса на каждом снимке обводят вручную — контуром выделяют сплошной лесной массив, оставляя за пределами контура поля, дороги, застройку и голые участки. Именно на этом шаге чаще всего случаются ошибки, поэтому стоит сверяться с обоими снимками одновременно и не спешить.

Как посчитать площадь по готовому контуру

Бесплатная геоинформационная программа с открытым кодом после привязки снимка к координатам умеет автоматически посчитать площадь нарисованного контура в гектарах или квадратных километрах — это самый точный и предпочтительный способ для серьёзного исследования. Более простой способ, не требующий установки программ, — наложить на распечатанный или выведенный на экран снимок правильную клетчатую сетку известного масштаба и вручную посчитать количество клеток, полностью или частично занятых лесом. Оба способа дают оценку, а не абсолютно точное число, и это стоит честно указать в итоговой работе — граница леса на снимке не всегда идеально чёткая, ведь сама съёмка имеет собственное разрешение, ограничивающее точность.

1. выбрать два снимка одной территории с разницей около двадцати лет в одном сезоне
2. проверить отсутствие облаков и обрезать снимки до одинаковой территории
3. совместить снимки по неподвижным ориентирам на местности
4. обвести контур лесного массива на каждом снимке отдельно
5. посчитать площадь контура через геоинформационную программу или клетчатую сетку
6. сравнить два числа и оформить результат с картой и таблицей

Как оформить результат исследования

Итоговую работу удобнее всего строить вокруг трёх частей: пары исходных снимков рядом друг с другом, карты с обведёнными границами леса за оба года на одной подложке и короткой таблицы с посчитанной площадью и разницей между годами. Разницу стоит указывать в тех единицах, которые дал расчёт — гектарах или квадратных километрах, — и обязательно пояснять, как именно она получена, чтобы результат можно было проверить или повторить. Честная работа обязательно включает раздел с оговорками: разрешение снимков, возможная неточность ручной обводки контура, разница в облачности между датами — это признак того, что методика применена внимательно, а не слабость исследования.