ТГАСУ. Современные геопространственные технологии в мониторинге Земли и объектов недвижимости. Практическая работа № 4 Мониторинг изменения площади Сарыкамышского озера по данным космоснимков Landsat

Выполнена Практическая работа № 4. Мониторинг изменения площади Сарыкамышского озера по данным космоснимков Landsat по дисциплине "Современные геопространственные технологии в мониторинге Земли и объектов недвижимости"

Практическая работа № 4

Мониторинг изменения площади Сарыкамышского озера по данным космоснимков Landsat

Работа посвящена определению площади водной поверхности Сарыкамышского озера и ее изменениям в последние десятилетия. Известно, что площадь водной поверхности Сарыкамышского озера в последние десятилетия возрастает вследствие отвода в озеро дренажных вод – стоков с окружающих орошаемых земель.

Задача: оценить прирост площади водной поверхности Сарыкамышского озера на основе космоснимков Landsat с 1984 по 2020 г.

В качестве инструмента идентификации водной поверхности в данной работе используется уже знакомый вам вегетационный индекс NDVI, отрицательные значения которого указывают на водные пространства. NDVI вычисляется по формуле:

NDVI = (NIR-RED)/(NIR+RED)

где,

NIR - отражение в ближней инфракрасной области спектра RED - отражение в красной области спектра

Задание:

1. Исходными данными для выполнения данной работы являются космоснимки спутника Landsat миссий 1-8 в красном и инфракрасном диапазонах за июль 1984- 2020 гг. Объектом мониторинга выступает Сарыкамышское озеро. Космоснимки пронумерованы в соответствии с годом съемки и помечены буквами К и ИК, означающими красный и инфракрасный каналы соответственно.

2. Откройте программу QGis и загрузите картографическую основу OSM: на верхней панели инструментов QGis расположена панель инструментов модуля QuickMapServises, нажмите на кнопку с изображением глобуса с плюсом и из выпадающего списка выберите OSM – OSM Standard.

3. Загрузите в проект QGis исходные космоснимки. Поскольку файлы уже имеют пространственную привязку, они корректно разместятся на картографической основе. Обратите внимание на изменение площади водной поверхности Сарыкамышского озера в 1984 и 2020 гг.

4. Для определения площади водной поверхности необходимо сначала рассчитать индекс NDVI для каждого случая – 1984, 2000 и 2020 гг. Зайдите в меню Растр- Калькулятор растров (Raster Calculator). В открывшемся окне введите формулу для расчета NDVI (выбирайте значения каналов двойным кликом), зная, что К соответствует красному, а ИК инфракрасному каналу. Введите также путь и название выходного растра NDVI – ndvi1984 и нажмите ОК.

5. Аналогичным образом рассчитайте NDVI для 2000 и 2020 годов, сформировав файлы ndvi2000 и ndvi2020.

6.Удалите или отключите исходные космоснимки, а также отключите файл карты- подложки, оставив активными только слои с рассчитанным NDVI – ndvi1984, ndvi2000, ndvi2020.

7,Помимо Сарыкамышского озера на снимках присутствуют и другие водные объекты – река и мелкие озера, которые также могут быть идентифицированы как водные поверхности. Таким образом, чтобы достоверно определить площадь водной поверхности Сарыкамышского озера необходимо отсечь все лишнее. Для этого нужно обрисовать озеро и обрезать слой по получившемуся контуру. Чтобы оконтурить озеро создайте полигональный слой через меню Слой – Создать слой – Временный слой. В открывшемся окне установите Тип геометрии – Полигон (Polygon) и систему координат проекта Project CRS. Нажмите ОК.

8.С помощью кнопки Добавить полигон на верхней панели обрисуйте озеро по контуру слоя ndvi2020 отступая от краев. Следите за тем, чтобы границы полигона не пересекали границы озера. Полигон фиксируется правой кнопкой мыши.

9.Обрежьте изображения ndvi1984, ndvi2000, ndvi2020 по созданному полигону с помощью Растр – Извлечение – Обрезать по маске. Укажите путь сохранения файлов с именами 1984, 2000, 2020.

10 Для того, чтобы определить значения водной поверхности воспользуйтесь инструментом Информация на верхней панели. По щелчку мыши в разных местах изображения можно увидеть значение пикселя, информация отображается на боковой панели.

11.Зная, что в градациях NDVI вода имеет близкие к нулю или отрицательные значения, можно отсечь водную поверхность от почвы по ее максимальному значению. В данном случае можно использовать следующие значения: 1984 г. – 1. -0.1, 2000 г. – -0.2, 2020 г. – 0.02. Для выполнения данной операции воспользуйтесь Калькулятором растров (Raster Calculator) в меню Растр. В окне калькулятора растров выберите обрезанный по контуру слой, соответствующий 1984 г. и введите выражение < -0.1. Введите путь сохранения для слоя результатов water1984 и нажмите ОК.

12. Для того, чтобы определить площади отсеченных водных поверхностей необходимо провести векторизацию растровых изображений с помощью меню Растр – Преобразование – Создание полигонов (Растр в вектор). В открывшемся окне выберите исходный растровый слой water1984 и задайте путь для сохранения нового векторного слоя water1984. Выполните операцию.

13.Откройте таблицу атрибутов созданного векторного слоя water1984. Как видите в поле DN содержатся значения 1 и 0, соответствующие параметрам – есть вода и нет воды. Поскольку нам необходимо узнать характеристику водной поверхности (площадь) из атрибутивной таблицу нужно удалить все нулевые значения, т.е те, где нет воды. В атрибутивной таблице выберите инструмент Выделить объекты.

14.Для определения площади водной поверхности откройте атрибутивную таблицу векторного слоя water1984 и перейдите в Калькулятор полей на верхней панели. В открывшемся окне установите галочку «Создать новое поле» и введите название поля «area», тип – десятичное число (real). Выберите пункт Геометрия и в выпавшем списке двойным кликом выберите $area – это функция расчета площади, которая будет применена к создаваемому полю. По умолчанию площадь определяется в м2 , но поскольку Сарыкамышское озеро довольно большое имеет смысл определять его площадь в км 2 . Для этого функцию $area необходимо разделить на 1000000.

15. Чтобы увидеть площадь водной поверхности нажмите кнопку Показать сводку статистики на верхней панели QGis. Сводка статистики отобразится внизу левой панели. Выберите слой и поле по которому необходимо вывести статистику. При выборе поля area параметр сумма показывает площадь водной поверхности.