Известия Русского географического общества, 2022, T. 154, № 5-6, стр. 47-58

ВВЕДЕНИЕ

Оценка эстетических свойств ландшафтов определяется совокупностью его визуальных качеств. Традиционно эстетическая оценка проводится в ходе полевых обследований с использованием балльной системы оценки тех элементов ландшафта, которые определяют эстетическую ценность характерных для него пейзажей [2, 6, 8, 11, 12, 15, 18]. Главное достижение первых полевых исследований заключалось в демонстрации того, что субъективность оценки эстетического качества территории может быть элиминирована за счет разложения восприятия на все более элементарные составляющие.

Во многих подобных работах соотношение понятий “пейзажа”, т.е. то, что поддается непосредственному восприятию наблюдателя в некой точке на территории, и самой территории, к которой относится пейзаж, не было прояснено. В самых первых “пейзажных” работах российских географов (А.П. Нечаев, А.А. Борзов, В.П. Семенов-Тян-Шанский), подразумевалось, что научному исследованию подлежит не всякий пейзаж, а наиболее характерный для данного типа ландшафта (моренный, речной и т.д.) [20]. Делая это различение, географы пытались преодолеть устойчивую коннотацию термина “пейзаж” с сугубо индивидуалистским субъективным восприятием пространства. Согласно В.А. Николаеву, ландшафт также представляет собой территорию, обладающими своими эстетическими качествами, т.е. разные типы ландшафтов характеризуются разными эстетическими свойствами [13]. В данной работе мы придерживаемся традиционной точки зрения: каждый ландшафт может быть представлен типичными для него пейзажами, которые описываются совокупностью элементарных визуальных параметров. Пейзаж в таком понимании поддается научному толкованию, что важно для усиления образовательной составляющей в экологическом туризме.

В последнее время широкое распространение в исследовании визуальных качеств ландшафтов получили данные высокого пространственного разрешения, полученные в процессе обработки аэрофотоснимков с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [19, 21–23]. Внедрение этих методов позволяет проводить обработку массивного объема пространственных данных с использованием ГИС, что открывает широкие возможности в визуализации пространственных данных для наглядного отображения полученных результатов в целом [1, 4, 5, 7, 9, 14]. Принципиальным элементом исследования является валидация дистанционных данных с результатами полевых обследований.

В данной работе рассмотрены результаты оценки отдельных эстетических свойств ландшафтов музея-заповедника “Куликово поле” как традиционным полевым методом, так и автоматизированными методами ГИС-анализа. Равнинные территории не часто служат объектом пейзажных исследований в силу их меньшей выразительности и большей антропогенной освоенности по сравнению с горными территориям. На территории заповедника имеется экологическая тропа “Часовня–Конный Двор–Музей” протяженностью около 6 км, на которой маркированы обзорные точки с открывающимися панорамными видами, характерными для ландшафта холмисто-увалистых структурно-денудационных равнин (рис. 1). В ходе полевого обследования обзорные точки оценивались по своим визуальным качествам по методике К.И. Эрингиса и А.Р. Будрюнаса в отношении 3 параметров: глубина и разнообразие перспектив, общая лесистость пейзажа и обилие открытых пространств в пейзаже [18]. Данные полевой оценки сопоставлялись с результатами съемки местности с помощью БПЛА.

Рис. 1.

Экологическая тропа на территории природного музея-заповедника “Куликово поле”: сверху – детальный ортофотоплан, снизу – ЦММ на основе данных аэрофотосъемки с БПЛА. Fig. 1. Ecological trail on the territory of the Nature Museum-Reserve “Kulikovo pole”: from above—detailed orthophotomap, from below—DTM based on aerial photography from a UAV.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В данном исследование были задействованы следующие данные:

1. Данные полевых исследований: GPS-трек вдоль экологической тропы, точные координаты обзорных точек, результаты оценки эстетических показателей с обзорных точек.

2. Пространственные данные аэрофотосъемки с высоты 150 м с использованием БПЛА DJI Mavic Pro: плотное облако точек, ортофотоплан и цифровая модель местности DTM (разрешение 2 м).

3. Цифровая модель рельефа SRTM DEM (разрешение 30 м).

4. Космические снимки со спутника Landsat-8 OLI (разрешение 30 м).

5. Ландшафтная карта на территорию музея-заповедника “Куликово поле” (масштаб 1 : 50 000).

Для предварительной обработки аэрофотоснимков с БПЛА и создания цифровой модели использовалось программное обеспечение Agisoft Metashape. Анализ основного массива пространственных данных проводился в программе ArcMap 10.3. В статье представлена оценка общей зоны видимости со всех обзорных точек. В качестве примеров детально представлены показатели – “Глубина и разнообразие перспектив”, “Общая лесистость пейзажа” и “Обилие открытых пространств в пейзаже”.

Функциональный алгоритм построения зоны видимости с каждой обзорной точки и оценки одного из предлагаемых показателей “Глубины и разнообразия перспектив” представлен следующей последовательностью операций (рис. 2).

Рис. 2.

Пример функционального алгоритма для построения зон видимости и оценки показателя “Глубины и разнообразия перспектив” в ArcGIS 10.3. Fig. 2. An example of a functional algorithm for constructing visibility zones and evaluating the “Depth and Diversity of Perspectives” indicator in ArcGIS 10.3.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Построение зон видимости. На основе данных аэрофотосъемки с БПЛА был построен ортофотоплан и цифровая модель местности (DTM/Digital Terrain Model) с разрешением 1 м, охватывающие территорию, по которой проходит экологическая тропа. Эти данные обеспечили высокую точность открывающихся зон видимости в ближней и средней перспективе. Совместив полученную DTM с данными радарной топографической съемки SRTM DEM была построена базовая модель, которая обеспечила охват территории вплоть до линии горизонта в радиусе 15–16 км от тропы.

Комбинированная DTM была взята за основу оценки визуального восприятия территории с учетом высоты форм рельефа. Построение зон видимости осуществлялось с помощью группы инструментов Visibility, которые позволили определить участки территории, открывающиеся с обзорных точек. Совмещение полученных результатов со всех обзорных точек позволило создать общую панораму видимости для экологической тропы целиком (рис. 3).

Рис. 3.

Зона видимости с обзорных точек в пределах экологической тропы, полученная с использованием ГИС-анализа. Fig. 3. Visibility zone from observation points within the ecological trail, obtained using GIS analysis.

Ландшафтные комплексы “Куликова поля” в зоне видимости экологической тропы. Проецируя зоны видимости со всех обзорных точек на ландшафтную карту “Куликово поля”, мы оценили репрезентативность экологической тропы в отношении природной структуры территории музея-заповедника (рис. 4).

Рис. 4.

Ландшафтные комплексы в зоне видимости (выделены штриховкой) с обзорных точек экологической тропы музея-заповедника “Куликово поле” (Ландшафтная карта составлена В.Н. Солнцевым и Н.Н. Калуцковой, 1989 г.). Fig. 4. Landscape complexes in the visibility zone (highlighted by hatching) from observation points of the ecological trail of the Museum-Reserve “Kulikovo pole”. (Landscape map compiled by V.N. Solntsev and N.N. Kalutskova, 1989).

В левобережном ландшафте структурно-денудационных волнисто-увалистых равнин хорошо просматриваются практически все урочища приречного ландшафтного уровня, а именно хорошо дренированные уплощенные плакоры (5) придолинные покатости (6), увалистые поверхности II надпойменной террасы (7). Наличие широких плоских плакорных поверхностей является отличительной особенностью всей территории Куликова поля [3]. В балочных формах, выделяются только склоны, из-за значительной расчлененности днища балок не просматриваются. Поверхности же междуречного уровня просматриваются гораздо слабее.

Зона видимости в пределах ландшафта полого-увалистых структурно-денудационных равнин (междуречье рр. Дона и Непрядвы) в общих чертах повторяет зону видимости предыдущего ландшафта. Здесь также хорошо просматривается приречный ландшафтный уровень, который охватывает урочища дренированных придолинных покатостей (17) и покато-увалистых поверхностей II надпойменной террасы (18). Урочища междуречий (14) просматриваются фрагментарно.

С обзорных точек отлично видна пространственная структура левобережной части ландшафта террасированных речных долин Дона и Непрядвы. Очень хорошо просматриваются поверхности I надпойменной террасы, высокой, средней и низкой пойм. На низкой пойме видны даже старицы и западины.

В зону видимости ландшафта полого-увалистых структурно-денудационных равнин (правобережье Непрядвы и Дона) попадают как урочища междуречий (23), так и урочища приречного ландшафтного уровня – слабовыпуклые плакоры (27) и придолинные покатости (28). Поверхности II надпойменной террасы, а также балочные формы в зону видимости не попадают.

Таким образом, в зону видимости экологической тропы попадает большинство типичных урочищ 4-х ландшафтов “Куликова поля”, что повышает научно-образовательную значимость данного маршрута.

Валидация результатов дистанционной съемки экологической тропы. Сравнение результатов полевой оценки эстетических свойств ландшафтов и результатов, полученных при использовании высокодетальных снимков и ГИС-анализа мы провели на примере трех показателей: глубина и разнообразие перспектив, общая лесистость пейзажа и обилие открытых пространств в пейзаже.

На примере двух контрастных точек – №№ 1 и 6 – проиллюстрируем процесс валидации результатов дистанционной съемки экологической тропы. Обзорная точка № 1 находится на пологонаклонной поверхности I надпойменной террасы (высота 162 м н.у.м.), обзорная точка № 6 расположена на слабопокатой междуречной поверхности (высота 208 м н.у.м.). Показатели оценивались по балльной системе согласно методике [18].

Глубина и разнообразие перспектив. Для определения средней и дальней перспектив была создана серия буферных зон вокруг обзорных точек. Средняя перспектива определялась от 40 до 2000 м, дальняя перспектива – от 2000 м до линии горизонта. При помощи инструмента пространственного пересечения Intersect в пределах каждой буферной зоны выделялись видимые природные объекты (рис. 5).

Рис. 5.

Видимые природные объекты, открывающиеся в средней и дальней перспективах с обзорных точек № 1 (слева) и № 6 (справа). Fig. 5. Visible natural objects within the medium and long-range perspectives from observation points No. 1 (left) and No. 6 (right).

Результаты полевых исследований и данные автоматизированной обработки дали возможность установить корреляцию показателей. С двух рассматриваемых обзорных точек открываются все три перспективы: ближняя, средняя и дальняя. Таким образом, при оценке данного показателя и в полевой оценке, и в дистанционной оценке был поставлен максимальный балл (2).

Общая лесистость пейзажа. Показатель общей лесистости определяется отношением площади лесных массивов к общей площади зоны видимости вплоть до линии горизонта [18]. Так как территория исследования относится к лесостепной зоне, было решено адаптировать методику оценки и присвоить оценочные баллы исходя из рассчитанной доли лесных насаждений следующим образом: для низкой степени лесистости – до 15% – присваивалось 0 баллов, для средней степени, т.е. от 15 до 25%, оценка составляла 1 балл, для высокой степени – более 25% – 2 балла.

Оценка показателя лесистости пейзажа проводилась на основе ортофотоплана вдоль экологической тропы, за пределами аэрофотосъемки с БПЛА для оценки использовались безоблачные спутниковые снимки с более низким пространственным разрешением Landsat-8 OLI за 2018–2021 гг. Лесные массивы идентифицировались с помощью классификации типов ландшафтного покрова. В данном случае классификация осуществлялась посредством метода минимального расстояния (Minimum Distance Classification), осуществляемой на основании сравнения расстояний между пикселями изображения и средними значениями классов яркости в многофункциональном пространстве. Полученное растровое изображение было генерализовано с целью устранения ошибочных данных растра при помощи инструмента Majority Filter, а затем преобразовано из растрового в векторное – инструмент Raster to Polygon. Из полученного векторного слоя был извлечен отдельный класс с лесными насаждениями. При помощи совмещения данных – инструмент Intersect – было произведено вычисление площади и доли лесных насаждений в пределах зон видимости с обзорных точек (рис. 6).

Рис. 6.

Залесенные территории в пределах зон видимости для обзорных точек №1 (слева) и № 6 (справа). Fig. 6. Forest areas within the visibility zones for observation points No. 1 (left) and No. 6 (right).

Сравнивая результаты полевых исследований с полученными данными ГИС-анализа, можно отметить, что оценки довольно близки. Так, доля залесенных территорий для обзорной точки № 1 составляет 10.2%, что соответствует низкой степени лесистости пейзажа. Такая же оценка была дана в полевых условиях. Для обзорной точки № 6 доля залесенных территорий выше и составляет 19.7%. Такой показатель оценивается как средняя степень лесистости пейзажа, что совпадает с полевой оценкой.

Обилие открытых пространств в пейзаже. На территории Куликова поля открытыми пространствами служат многочисленные поля. Они усложняют восприятие пейзажа, тем самым повышая его аттрактивные качества. В полевых условиях оценка проводится путем подсчета видимых открытых пространств, а затем согласно их количеству присваивается определенный балл. Согласно исследованиям К.И. Эрингиса, выделение повышенного числа однородных объектов в пределах определенного угла наблюдения может привести к занижению эстетической оценки [18]. Оцениваемые нами обзорные точки имеют панорамный и циркорамный угол обзора (от 180 до 360 градусов). В данном случаем было установлено оптимальное пороговое значение – не более 12 объектов, после превышения которого оценочный балл показателя снижается. С применением ГИС данный показатель оценивался путем совмещения отдельного класса с сельскохозяйственными полями с соответствующими зонами видимости.

Следует отметить, что при прямом подсчете количество открытых пространств получается несколько ниже, чем при дистанционной оценке с применением ГИС-анализа. В ближней и средней перспективах открытые пространства воспринимаются наблюдателем достаточно четко. В дальней перспективе поля теряют очертание своих границ и начинают сливаться между собой. Автоматизированная оценка несколько завышает результаты, что связано с использованием исходных данных высокого пространственного разрешения. Нами было проведено агрегирование близкорасположенных открытых пространств в группы при помощи инструмента Aggregate Polygon. В пределах средней перспективы нами объединялись поля, которые находятся на расстоянии менее 0.5 км, в пределах дальней перспективы – на расстоянии менее 2 км (рис. 7 ).

Рис. 7.

Агрегирование открытых пространств в группы для обзорных точек № 1 (слева) и № 6 (справа). Fig. 7 . Aggregation of open spaces into groups for observation points No. 1 (left) and No. 6 (right).

Таким образом, при прямом подсчете в полевых условиях на обзорной точке № 1 количество открытых пространств составило 9 полей, при автоматизированной обработке данных – 11. На обзорной точке №6 при прямом подсчете выделено 13 полей, при автоматизированном – 17. При переводе количественных показателей в баллы обзорной точке № 1 было присвоено 4 балла, а обзорной точке № 6 – 3 балла. Можно отметить, что и для этого показателя мы получили хорошее соответствие результатов полевых исследований с данными ГИС-анализа.

Подобным образом сделана оценка всех обзорных точек (табл. 1), которая показывает, что дистанционная съемка может быть использована для симуляции восприятия наблюдателем в любой точке.

ВЫВОДЫ

Предлагаемый подход ранее был опробован нами в горной территории Северо-Западной Болгарии на примере двух показателей – глубины и разнообразия перспектив и общей лесистости пейзажа [16, 17]. В этой работе мы показываем, что подобную оценку с применением ГИС-технологий можно проводить на менее выразительных и более антропогенно освоенных равнинных территориях. Для территории музея-заповедника “Куликово поле” были исследованы три параметра эстетической оценки – глубина и разнообразие перспектив, общая лесистость пейзажа и обилие открытых пространств пейзажа. Первые два параметра показали хорошее соответствие с данными полевых наблюдений, а третий параметр потребовал введение небольших поправок для дальних перспектив. В целом, полученные результаты ГИС-оценки подтверждают, что данный метод оценки позволяет производить расчеты ряда эстетических показателей с высоким уровнем точности, сопоставимым с данными полевых исследований.