Аналіз змін земного покриву на півночі Івано-Франківської області за матеріалами ДЗЗ

Abstract

В Україні потреба у комплексному моніторингу змін земного покриву посилюється на тлі багаторічних процесів депопуляції сільських територій, деградації ґрунтів та зміни аграрних моделей, а також під впливом нових викликів, зокрема кліматичних змін і повномасштабної війни. У цьому контексті Івано-Франківська область є однією з важливих зон, що характеризується різноманіттям природних умов. Регіональна стратегія розвитку області серед ключових пріоритетів визначає ефективне управління земельними ресурсами, охорону екосистем і збереження біорізноманіття (Івано-Франківська обласна державна адміністрація, 2021). Метою роботи є аналіз зміни земного покриву в північній частині Івано-Франківської області між 2017 і 2024 роками за допомогою супутникових знімків Sentinel-2 та геоінформаційних технологій. Об’єктом дослідження є зміни земного покриву в північній частині Івано-Франківської області. Предмет дослідження – класифікація та аналіз змін земного покриву з застосуванням дистанційного зондування Землі та геоінформаційних технологій. У сучасних дослідженнях моніторингу змін земного покриву переважає використання супутникових даних середнього просторового розрізнення, що відкривають широкі можливості для виявлення просторово-часових тенденцій у використанні земель (Benhammou et al., 2022). Сучасні підходи до моніторингу земного покриву базуються на використанні різних алгоритмів машинного навчання для класифікації (Hebryn-Baidy & Rees, 2024) або ж особливостях методик для реалізації на локальних територій (Куліковська et al., 2024). Для виконання бакалаврської кваліфікаційної роботи відібрано два супутникові знімки Sentinel-2 рівня 2A за серпень 2017 та 2024 років. Проведено їх попереднє опрацювання: імпорт у ArcGIS Pro, формування мультиспектрального зображення, вирівнювання просторової розрізненості та вирізання за межами північної частини Івано-Франківської області. Сформовано основні класи земного покриву (ліси, культивовані угіддя, урбанізовані території, трав’яна рослинність, відкритий ґрунт та гідрографія) та набори навчальних вибірок (близько 30-50 полігонів для кожного з класів) відповідно для 2017 та 2024 років. Контрольовану піксельну класифікацію здійснено за допомогою алгоритму Support Vector Machine (Belenok et al., 2023). На основі тематичних карт класифікації виявлено основні зміни земного покриву в північній частині Івано-Франківської області впродовж 2017-2024 років. Встановлено, що найбільшу площу займають незмінені ліси 222,3 тис. га (28,9%), трав’яниста рослинність 114,2 тис. га (14,8%) та сільськогосподарські землі 84,6 тис. га (11%). Однак поряд з цим спостерігаються значні переходи між класами, що мають фрагментований характер і поширені нерівномірно по території дослідження. Найбільша концентрація змін спостерігається у центральній та північно-східній частинах області, що може бути пов’язано з інтенсивнішими процесами забудови, сільськогосподарською діяльністю та природними змінами. Загалом, результати вказують як на стабільність значної частини покриву, так і на активні процеси ренатуралізації, рекультивації та сільськогосподарського освоєння, що потребують подальшого аналізу в контексті регіональної політики землекористування. Отримані результати можуть бути використані для прийняття обґрунтованих рішень у сфері просторового планування, екологічного моніторингу та регіонального розвитку.

In Ukraine, the need for comprehensive monitoring of land cover changes has intensified against the backdrop of long-term depopulation of rural areas, soil degradation, and shifts in agricultural models, as well as under the impact of new challenges such as climate change and full-scale war. In this context, Ivano-Frankivsk Region is one of the key areas characterised by diverse natural conditions. The Regional Development Strategy of the Ivano-Frankivsk Region identifies the effective management of land resources, ecosystem protection, and biodiversity conservation as key priorities (Ivano-Frankivsk Regional State Administration, 2021). The aim of this thesis is to analyse land cover changes in the northern part of Ivano-Frankivsk Region between 2017 and 2024 using Sentinel-2 satellite imagery and geoinformation technologies. The object of the study is land cover changes in the northern part of Ivano-Frankivsk Region. The subject of the study is the classification and analysis of land cover changes using Earth observation data and GIS technologies. Modern land cover monitoring research primarily relies on medium spatial resolution satellite data, which provides broad capabilities for detecting spatiotemporal land use trends (Benhammou et al., 2022). Current approaches involve various machine learning algorithms for classification (Hebryn-Baidy & Rees, 2024) or focus on methodological specifics tailored to local-scale applications (Kulikovska et al., 2024). For this bachelor’s thesis, two Level-2A Sentinel-2 images from August 2017 and 2024 were selected. The imagery was preprocessed by importing into ArcGIS Pro, generating multispectral composites, spatially aligning the bands, and clipping to the boundaries of the northern part of Ivano-Frankivsk Region. The main land cover classes (forest, cultivated land, urban areas, grassland, bare soil, and hydrography) were defined. Training samples (about 30–50 polygons per class) were created for both time points. Supervised pixel-based classification was performed using the Support Vector Machine algorithm (Belenok et al., 2023). Based on thematic classification maps, the main land cover changes in the study area from 2017 to 2024 were identified. The largest area remained forested (222.3 thousand hectares or 28.9%), followed by grasslands (114.2 thousand ha or 14.8%) and agricultural land (84.6 thousand ha or 11%). However, notable transitions between classes were observed, exhibiting a fragmented and spatially uneven distribution. The most concentrated changes were found in the central and northeastern parts of the region, possibly linked to construction activity, agricultural practices, and natural dynamics. The results point to both the relative stability of major land cover types and active processes of renaturalization, land reclamation, and agricultural expansion, all of which require further analysis in the context of regional land-use policy. The findings of this study can inform evidence-based decisions in spatial planning, environmental monitoring, and regional development.