Remote Sensing of the Earth as a Method of Assessing Environmental Quality of Urban Areas

Introduction: Spatial zoning of an urban area by the level of anthropogenic burden using land-based research methods is very time-consuming. Since the end of the 20th century, the usage of the Earth remote sensing (ERS) techniques has served as their more efficient alternative. The study objectives included geoinformation zoning and evaluation of the level of technogenic changes in the areas according to NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) values. Materials and methods: The cities of the Voronezh Region and their suburban ten-kilometer territories were chosen as the study objects. For the spatial analysis of the area of anthropogenically modified territories based on the example of the cities of the Voronezh Region we created an archive of multichannel satellite images taken by the Landsat-7 and Landsat-8 satellites. The data were borrowed from the Website of the US Geological Survey. Space images were grouped by two periods (the years of 2001 and 2016). Depending on NDVI values, territories with high and low anthropogenic burden, natural framework zones, and water bodies were distinguished. Results: We established that the smallest percentage of areas of the natural framework and their poor location was observed in the city of Voronezh. The largest area occupied by the natural framework was identified within the town of Borisoglebsk. This fact is attributed to the sensible policy of ensuring environmental and hygienic safety of the population implemented by the regional and municipal authorities. Discussion: At present, it is still impossible to fully use space monitoring data to assess health risks of technogenic factors; they can only be used simultaneously with ground monitoring that includes instrumental and laboratory monitoring of environmental quality indicators within the framework of the socio-hygienic monitoring. Conclusions: The analysis of changes in the proportion of areas with a high anthropogenic burden relative to the natural framework performed using satellite images taken in 2001 and 2016 showed an increase in the technogenic burden on the urban environment.

дистанционное зондирование Земли, космические снимки, NDVI-анализ, урбанизированные территории, пространственное зонирование, геоинформационные системы, уровень антропогенной нагрузки, природный каркас, Earth remote sensing, satellite images, NDVI analysis, urban areas, spatial zoning, geographic information systems, anthropogenic burden, natural framework

1. Попова А.Ю., Зайцева Н.В., Май И.В. Опыт методической поддержки и практической реализации риск-ориентированной модели санитарно-эпидемиологического надзора: 2014-2017 гг. // Гигиена и санитария. 2018. Т. 97. № 1. С. 5-9.

2. Попова А.Ю., Зайцева Н.В., Май И.В. К вопросу об имплементации оценки качества жизни населения в систему социально-гигиенического мониторинга // Анализ риска здоровью. 2018. № 3. С. 4-12.

3. Студеникина Е.М., Стёпкин Ю.И., Клепиков О.В. и др. Проблемные вопросы использования географических информационных систем в социально-гигиеническом мониторинге и риск-ориентированном надзоре // Здоровье населения и среда обитания. 2019. № 6 (315). С. 31-36.

4. Епринцев С.А., Шекоян С.В. Изучение параметров качества окружающей среды урбанизированных территорий в условиях повышенной антропогенной нагрузки // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2014. Т. 10. № 2. С. 520-525.

5. Епринцев С.А., Архипова О.Е. Анализ экологической комфортности урбанизированных территорий Воронежской области по данным дистанционного зондирования Земли // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2018. № 4. С. 85-91.

6. Раклов В.П. Методы использования ГИС-технологий при контроле состояния полигонов твердых бытовых отходов // Велес. 2017. № 2-1 (44). С. 65-71.

7. Новикова О.Г. Возможности данных дистанционного зондирования Земли в сфере мониторинга экологических и гидрологических процессов // Мелиорация и водное хозяйство. 2015. № 6. С. 50-53.

8. Днепровская В.П., Ященко И.Г., Перемитина Т.О. Комплексное исследование техногенной нагрузки с использованием спутниковых и наземных данных // Булатовские чтения. 2017. Т. 4. С. 134-142.

9. Яблоков В.М. Геоинформационный анализ структуры и динамики природно-экологического каркаса Москвы на основе открытых геоданных // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2018. № 1. С. 42-48.

10. Костылев В.А., Покидышева Ю.В., Барсуков К.Г. Возможности и проблемы использования данных дистанционного зондирования (ДДЗ) при мониторинге лесных пожаров // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 4-2 (15-2). С. 58-62.

11. Гизатуллин А.Т., Алексеенко Н.А., Моисеева Н.А. Разработка алгоритма превентивной оценки пожарной опасности природных территорий по данным дистанционного зондирования // Геодезия и картография. 2019. Т. 80. № 1. С. 102-109.

12. Серебрякова Е.Д., Трухина Н.И., Покидышева Ю.В. Перспективы использования методов ДДЗ в природопользовании // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 4-2 (15-2). С. 119-124.

13. Сысоева Т.Г., Ковалевская Н.М., Хворова Л.А. Анализ состояния растительности на основе индекса NDVI и данных спутника Landsat 8 // Труды молодых ученых Алтайского государственного университета. 2016. № 13. С. 149-152.

14. Катаев М.Ю., Бекеров А.А., Шалда П.В., Медвецкий Д.В. Сравнение методов обнаружения изменений временного хода вегетационного индекса NDVI // Электронные средства и системы управления. Материалы докладов Международной научно-практической конференции. 2016. № 1-2. С. 8-10.

15. Рахманин Ю.А., Леванчук А.В., Копытенкова О.И. Совершенствование системы социально-гигиенического мониторинга территорий крупных городов // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 4. С. 298-301.

16. Попова А.Ю., Зайцева Н.В., Май И.В. и др. Нормативно-правовые и методические аспекты интеграции социально-гигиенического мониторинга и риск-ориентированной модели надзора // Анализ риска здоровью. 2018. № 1. С. 4-12.

17. Савельев С.И., Трухина Г.М., Бондарев В.А. и др. Развитие социально-гигиенического мониторинга на региональном уровне // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 11. С. 1033-1036.

18. Новикова Н.Н., Пахомов Л.А., Пермитина Л.И. и др. Возможности Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) по проведению оперативного спутникового мониторинга состояния окружающей среды по данным российских и зарубежных космических систем // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Т. 1. № 1. С. 221-227.

19. Интервью с В.А. Заичко, заместителем начальника управления автоматических космических комплексов и систем Федерального космического агентства // Геоматика. 2015. № 2. С. 12-21.

20. Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю. и др. Использование данных космического радиолокационного зондирования при анализе зон затопления в половодье // Инженерные изыскания. 2018. Т. 12. № 7-8. С. 54-60.

21. Асмус В.В., Бедрицкий А.И., Стасенко В.Н. и др. Развитие в Росгидромете космической подсистемы наблюдений и системы геофизического мониторинга // Метеорология и гидрология. 2017. № 7. С. 35-49.

22. Васильев А.И., Стремов А.С., Коваленко В.П. и др. Методика сопоставления базовых продуктов МСС КА "Канопус-В" и Landsat ETM+ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 36-48.

23. Архипов С.А., Бакланов А.И., Линько В.М. Гиперспектральная съемочная аппаратура для космического аппарата “Ресурс-П” // Исследование Земли из космоса. 2014. № 3. С. 78-89.

24. What’s the Better Life Index? Better Life Index. - URL: http://www.oecdbetterlifeindex.org/about/better-life-initiative/ (accessed: 24.01.2019)

25. U.S. Geological Survey. https://www.usgs.gov (accessed: 25.01.2020)