ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΣΕ ΕΝΑΝ ΥΔΡΟΚΡΙΤΗ ΜΕ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ (ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:ΙΝΔΟΝΗΣΙΑ)

Από RemoteSensing Wiki

[[category:Χαρτογράφηση υδροκριτών, υδρολογικών λεκανών, μορφολογικών χαρακτηριστικών του αναγλύφου και υδρογραφικού δικτύου]]

1. Αντικείμενο Εφαρμογής: ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΣΕ ΕΝΑΝ ΥΔΡΟΚΡΙΤΗ ΜΕ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ (ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:ΙΝΔΟΝΗΣΙΑ)

2. Στόχος Εφαρμογής: Αρχικός στόχος της εφαρμογής να μελετήσει την αποτελεσματικότητα της υβριδικής μεθόδου ανίχνευσης αλλαγών σε έναν υδροκρίτη όσον αφορά στην εξαγωγή θεματικής πληροφορίας από τα δορυφορικά δεδομένα. Ο δεύτερος στόχος είναι η περεταίρω χρήση της εφαρμογής για την ανίχνευση των μεταβολών της θεματικής πληροφορίας σε δύο αντιπροσωπευτικά τμήματα της ευρύτερης περιοχής μελέτης.

3. Είδη Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα SPOT επειδή παρέχουν ένα συνδυασμό καλής χωρικής και φασματικής διακριτικής ικανότητας για ανάλυση του πεδίου σε τοπικό επίπεδο. Κάθε εικόνα SPOT καλύπτει περιοχή 60 km * 60 km με χωρική διακριτική ικανότητα 20 m και τα κανάλια που χρησιμοποιήθηκαν είναι το πράσινο, κόκκινο και εγγύς υπέρυθρο. Για τη μελέτη της περιοχής χρειάστηκαν δύο σειρές φωτογραφιών για δύο διαφορετικές ημερομηνίες ανάμεσα στις οποίες θα υπολογιστεί η μεταβολή του υδροκρίτη. Το δεύτερο πακέτο εικόνων περιείχε και το μικροκυματικό υπέρυθρο γιατί λήφθηκε από το δέκτη SPOT HRVIR. Τα πρόσθετα αυτά δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν αργότερα για την ταξινόμηση των αντικειμένων που δεν είχαν υποστεί κάποια αλλαγή ανάμεσα στις δύο ημερομηνίες. Στην εικόνα 1 φαίνεται η περιοχή όπως λήφθηκε από τον SPOT.

4. Προεπεξεργασίες: Η προεπεξεργασία των εικόνων περιλαμβάνει γεωμετρική διόρθωση, αποκλεισμός στοιχείων που εμποδίζουν τη φωτοερμηνεία και ανάλυση της εικόνας (π.χ. σύννεφα) και ραδιομετρική διόρθωση. Η εικόνα της παλαιότερης χρονολογίας διορθώθηκε γεωμετρικά με τη μέθοδο της γραμμικής απόκλισης με βάση τοπογραφικό χάρτη της περιοχής κλίμακας 1:50 000 και στη συνέχεια αναδομήθηκε με τη μέθοδο του εγγύτερου γείτονα. Το δεύτερο πακέτο εικόνων της μεταγενέστερης χρονολογίας διορθώθηκε γεωμετρικά με βάση τη διορθωμένη εικόνα της προηγούμενης χρονολογίας. Στη συνέχεια για τη ραδιομετρική διόρθωση στοιχεία όπως σύννεφα, ομίχλη και βαθιά νερά αποκλείστηκαν από τις εικόνες. Επίσης εφαρμόστηκε μία ακόμα ραδιομετρική διόρθωση μεταξύ των εικόνων με σκοπό τη μείωση της επιρροής της ατμόσφαιρας στις δύο λήψεις. Για να «κανονικοποιηθούν» οι εικόνες μεταξύ τους επιλέχθηκαν κάποια κοινά δεδομένα και στις δύο με βάση τα οποία μετασχηματίστηκαν οι εικόνες η μία ως προς την άλλη με γραμμικές συναρτήσεις.

5. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα: Στο στάδιο της επεξεργασίας αρχικά οι εικόνες ταξινομήθηκαν η κάθε μία ξεχωριστά σε 8 κατηγορίες κάλυψης γης με βάση τον αλγόριθμο της μέγιστης πιθανοφάνειας. Οι ακρίβειες υπολογίστηκαν 87.4 και 81.2% για τις δύο χρονολογίες αντίστοιχα. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε ένας πίνακας επικάλυψης (matrix overlay) στις δύο ταξινομημένες εικόνες με σκοπό τη δημιουργία ενός θεματικού χάρτη που θα περιείχε μόνο τις περιοχές που έχουν υποστεί κάποια μεταβολή. Από το θεματικό αυτό χάρτη υπολογίστηκε ότι το 43% της περιοχής είχε υποστεί μεταβολές. Σε επόμενο στάδιο εφαρμόστηκε ένα χαμηλοδιαβατό φίλτρο στο επίπεδο θεματικής μεταβολής με σκοπό τη μείωση της επίδρασης των εικονοστοιχείων που έχουν καταχωρηθεί λάθος ως εικονοστοιχεία «μεταβολής» και την εξάλειψη τους όταν δημιουργούσαν ομάδες-παράθυρα μικρότερες των 2*2 εικονοστοιχείων. Η εξαγωγή μίας φασματικής μάσκας στο ορατό τμήμα περιλαμβάνει την εξαγωγή μίας εικόνας «φασματικής μεταβολής» της περιοχής και το διαχωρισμό της πληροφορίας αυτής σε «αλλαγμένα» και «μη αλλαγμένα» εικονοστοιχεία με τη βοήθεια μιας μάσκας η οποία βασίζεται στα φασματικά χαρακτηριστικά των δύο αρχικών εικόνων. Η παράγωγη εικόνα καλιμπραρίστηκε με βάση επίγεια δεδομένα. Στόχος της διαδικασίας αυτής είναι ο αποκλεισμός όσο το δυνατόν περισσότερων λανθασμένα ταξινομημένων εικονοστοιχείων και η εξαγωγή φασματικής πληροφορίας για κάποιες αντιπροσωπευτικές κατηγορίες ταξινόμησης. Η ανάλυση αυτή μείωσε το ποσοστό μεταβολής της περιοχής από 43% (όπως είχε υπολογιστεί παραπάνω) σε 12.8%. Αυτή η μείωση του ποσοστού οφείλεται στις δυσδιάκριτες φασματικές αλλαγές μεταξύ των εικόνων των δύο ημερομηνιών.

Το τελευταίο βήμα περιλαμβάνει την εφαρμογή της παραπάνω οπτικής φασματικής μάσκας στην εικόνα η οποία είχε επεξεργαστεί με τη χωρική μάσκα για να μειωθούν κι άλλο τα τμήματα της εικόνας που είχαν αναγνωριστεί λανθασμένα ως «μεταβολές» και έτσι υπολογίστηκε το τελικό ποσοστό μεταβολών στην περιοχή μελέτης 5.8%. Ο συνδυασμός των δύο μασκών έδωσε ακριβέστερα στοιχεία για την ταξινόμηση της περιοχής σε «αλλαγμένη» και «μη αλλαγμένη». Ο θεματικός χάρτης που προέκυψε φαίνεται στην ΕΙΚΟΝΑ 3 και οι μεταβολές τις των εμβαδών των περιοχών φαίνονται στον πίνακα της ΕΙΚΟΝΑΣ 4.

6. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Η ελαστικότητα της υβριδικής μεθόδου δίνει προοπτικές για τη χρήση της στη δημιουργία ενός πρωτοκόλλου ανάλυσης με οπτική περιγραφή των θεματικών αλλαγών τις οποίες υφίστανται διάφορες περιοχές.

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΑΡΘΡΟ

Remote sensing change detection for a watershed in north Sulawesi, Indonesia Bjo¨rn Prenzela, Paul Treitzb