Ανάλυση των θερμοκηπίων στη Νότια Ιταλία μέσω τηλεπισκόπησης και τεχνικών μοντελοποίησης

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος Τίτλος: « Analysis of plasticulture landscapes in Southern Italy through remote sensing and solid modelling techniques »

Συγγραφείς: By Pietro Picuno,∗, Alfonso Tortora, Rocco Luigi Capobianco

posted on 13 December, 2010 in Articles, Landscape and Urban Planning 100 (2011) 45–56

Πηγή: Elsevier

«  Ανάλυση των θερμοκηπίων στη Νότια Ιταλία μέσω τηλεπισκόπησης και τεχνικών μοντελοποίησης  »

Η χρήση των πλαστικών καλυμμάτων για την προστασία της καλλιέργειας σε αγροτικές περιοχές θέτει αξιόλογα τεχνικά προβλήματα που συνδέονται με τις επιπτώσεις sτην αισθητική ρύπανση του αγροτικού τοπίου και στο περιβάλλον για τον κύκλο του νερού, του αέρα και της γεωργικής γης του αγρο-οικοσυστήματος. Στο έγγραφο αυτό χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές που βασίζονται στην τηλεπισκόπηση για την ανάλυση της αγροτικής χρήσης γης όσον αφορά την εφαρμογή προστασίας των καλλιεργειών με πλαστικά, σε μια περιοχή μελέτης βρίσκεται στη νότια Ιταλία κοντά στην ακτή του Ιόνιου, όπου η χρήση των πλαστικών στη γεωργία είναι πολύ διαδεδομένη. Η ανάλυση έχει πραγματοποιηθεί με τη χρήση εικόνων Landsat TM με επιβλεπόμενη ταξινόμηση, επεξεργασία εικόνας, και εργαλεία GIS. Τα αποτελέσματα επέτρεψαν τη δημιουργία μιας εφαρμογής για την αυτόματη ανίχνευση των πλαστικών καλυμμάτων.

Εισαγωγη

Εικόνα 1 – Εμφάνιση των γεωργικών εκτάσεων που καλύπτονται με πλαστική μεμβράνη.

Εικόνα 2 – Απεικόνιση της περιοχής μελέτης .

Εικόνα 3 – Απεικόνιση μεθόδων καλλιέργειας.

Εικόνα 4 – Απεικονίσεις α σε πραγματικά χρώματα και β σε χρωμμοσυνθετο 7,5,3.

Εικόνα 5 – Απεικονίσεις των φασματικών υπογράφων κάθε κατηγορίας.

Εικόνα 6 – Απεικονίσεις δεδομένων SAR.

Εικόνα 7 – Απεικονίσεις παραγόμενων χαρτών.

Εικόνα 8 – Απεικονίσεις αύξησης εκτάσεων κάλυψης στο χρόνο.

Ο σχεδιασμός των γεωργικών τοπίων είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα παραδείγματα τεχνική πρόκληση. Η γεωργική παραγωγή των τροφίμων, ο κοινωνικός ρόλος των αγροτικών οικισμών, τα δίκτυα υποδομών, η αγροτική αρχιτεκτονική σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες έχει κυρίως θετική αξία. Οι γεωργικές δραστηριότητες συχνά χαρακτηρίζεται από την πραγματοποίηση σε ευρεία κλίμακα με κυρίως απλή τεχνική προσέγγιση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την έλλειψη μιας ολοκληρωμένης προσέγγισης καθώς και σε μία προοδευτική οικονομική και περιβαλλοντική απώλεια. Σύμφωνα με πρόσφατα στοιχεία, η ετήσια κατανάλωση πλαστικών φιλμ στην Ιταλία για την προστατευόμενη καλλιέργεια ανέρχεται σε περισσότερο από 150.000 τόνους . Η προστασία έναντι καιρικών φαινομένων είναι ο πιο συνηθισμένος λόγος χρήσης. Οι πλαστικές ταινίες είναι ευρέως διαδεδομένες για την κάλυψη των χαμηλων θερμοκηπίων και για προστατευτικό στρώμα στο έδαφος. Επίσης χρησιμοποιούνται και δίχτυα σκίασης για θερμοκήπια ή για την τροποποίηση του μικροπεριβάλλοντος. Αυτές οι μεγάλες προστατευόμενες γεωργικές εκτάσεις μπορούν να μελετηθούν με τρία διαφορετικά επίπεδα ανάλυσης της επιρροής τους στο αγροτικό περιβάλλον και τοπίο:

• Μικρο-κλίμακα: σε αυτή η επίδραση του μικροκλίματος του αέρα που περιέχεται μέσα στην καλυμμένη περιοχή μπορεί να τροποποιήσει περιβαλλοντικές παραμέτρους, όπως η θερμοκρασία, η σχετική υγρασία, επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα, κλπ.

• Μεσο-κλίμακα: οπου η τροποποίηση στη διανομή της γύρης, των εντόμων, των πουλιά, κ.λπ. μπορεί να επηρεάσει τα ευρύτερα χαρακτηριστικά του αγροτικού οικοσυστήματος.

• Μακρο-κλίμακα: η οπτική ποιότητα του αγροτικού τοπίου μπορεί να εχει σημαντικά μεταβληθεί από την τεχνητή κάλυψη. Η χρήση των πλαστικών καλυμμάτων θέτει σημαντικά προβλήματα που συνδέονται με την έννοια ότι μεγάλες επεκτάσεις των γεωργικών γαιών που καλύπτονται με συνεχή υλικό επίστρωσης (Σχ. 1), μπορεί να εχει αρνητική επιπτώση στο αγροτικό περιβάλλον.

Μεθοδολογία

Η ανάλυση τοπίων έχει διεξαχθεί σε μια περιοχή της νότιας Ιταλία, όπου οι εκτάσεις για τη γεωργία φρούτων καλύπτεται με πλαστικό καθαρό ή φιλμ. Η περιοχή μελέτης βρίσκεται κοντά στην παράκτια σύνορα μεταξύ Basilicata και Περιφερειών Απουλίας (Νότια Ιταλία, κοντά στη θάλασσα Ιονίου). Η συνολική επιφάνεια της περιοχής μελέτης καλύπτει περίπου 3080km2, συμπεριλαμβανομένης της ακτής από Metaponto για Ταράντο, την πόλη της Ματέρα στα δυτικά, τη πόλη της Casamassima στο βόρεια, και τη πόλη του Alberobello στα ανατολικά (Εικ. 2). Αυτή η περιοχή χαρακτηρίζεται από ένα ισχυρό γεωργικό προσανατολισμό, λόγω της ευρείας διάχυσης των αμπελώνων που καλλιεργούνται με τεχνική "tendone" Σχήμα. 3. Η ανίχνευση της χρήσης της γης, με ειδική αναφορά στα θερμοκήπια και άλλες προστατευόμενες δομές, έχει ληφθεί χρησιμοποιώντας πολυ-χρονικές εικόνες Landsat ετών 1990,92,94,98 και 2000 με επιβλεπόμενη ταξινόμηση. Συστήματα αισθητήρων ΤΜ που χρησιμοποιούνται σε αυτό το έργο είναι Landsat 5 και Landsat 7 σε μορφή ESA CEOS με ραδιομετρική διορθωθεί. Από τα δεδομένα Landsat έχουν χρησιμοποιηθεί τα κανάλια 7 (2,08 - 2,35μm), 5 (1,55 - 1,75 μm), και 3 (0,63 - 0,69 μm) οπου συνδέονται με άλλες χαρτογραφικές πληροφορίες (Εικ. 4) και θερμικές ιδιότητες των υλικών που καλύπτουν τα θερμοκήπια. Η διαφορά μεταξύ των δύο κατηγοριών κάλυψης (εικόνα 4) είναι πιο εμφανής για τον προσδιορισμό των αστικών και γεωργικών εκτάσεων. Η ζώνη 3, λαμβάνει υπόψη την απορροφώμενη ακτινοβολία της χλωροφύλλης και είναι χρήσιμη να επισημάνει τα πλαστικά καλύμματα καθαρά. Πριν από την ανάλυση και την ταξινόμηση, ήταν αναγκαίο να παρακολουθηθεί το πεδίο για να ταιριάζουν οι τηλεσκοπικές πληροφορίες. Ειδικότερα, οι ακόλουθοι τύποι περιοχών ερευνήθηκαν: έρημο έδαφος, δομημένο περιβάλλον, καλλιεργήσιμη γης, βλάστηση, και κατηγορία πλαστική επικάλυψη. Οι "φασματικές υπογραφές" των διαφόρων ειδών χρήσης (Εικ. 5) ξεκίνησαν όταν οι γνώσεις σχετικά με τις περιοχές εκπαίδευσης ήταν επαρκείς για την φασματική απόκριση των διαφόρων τύπων κάλυψης. Οι «Φασματικές υπογραφές" σχηματίζονται από τις διάφορες στατιστικές παραμέτρων (μέση τιμή, διακύμανση, κλπ.) που σχετίζονται με τις τιμές φασματικών συνιστωσών που αντιστοιχούν στους τύπους κάλυψης. Στην προκειμένη περίπτωση η τεχνική επιβλεπόμενης ταξινόμησης χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει, ως μια πρώτη προσπάθεια, τις διάφορες χρήσεις γης στο λογισμικό ENVI. Στην παρούσα μελέτη, η μέθοδος του Παραλληλεπίπεδου έχει χρησιμοποιηθεί όπου χρησιμοποιεί ένας απλός κανόνας απόφασης για την ταξινόμηση πολυφασματικών δεδομένων. Για την επικύρωση της ταξινόμησης Landsat, στην παρούσα έρευνα έγινε μια νέα προσέγγιση χρησιμοποιώντας κάποια SAR (Synthetic Aperture Radar) εικόνα (ERS 1/ERS 2 δορυφορικές) οπου μελετήθηκαν τα αρνητικά αποτελέσματα (Σχ. 6). Μετά την ταξινόμηση, οι εικόνες που λαμβάνονται εισήχθησαν και επεξεργασία με τη χρήση ενός λογισμικού GIS (GeoMedia- Intergraph Corporation). Η εικόνα έχει υποστεί έναν μετασχηματισμό και μετέπειτα επεξεργασία GRID σε διανυσματική μορφή (Shp). Η αξιολόγηση των επιπτώσεων του τοπίου που παράγεται από τις tendone κατασκευες που βρίσκονται στην περιοχή της μελέτης εχει καταστεί δυνατή από την εφαρμογή, μέσω μιας διαδικασίας GIS.

Συμπεράσματα

Με την ανάλυση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης ήταν δυνατό να αποκτηθουν διαφορετικοι χρονικοι πολυ-θεματικοι χαρτες των επιφανειών που καλύπτονται με πλαστική μεμβράνη εντός της περιοχής μελέτης (Εικ. 7). Συγκρίνοντας τις διαφορετικές χρονολογικές πληροφορίες, είναι δυνατό να αναγνωριστεί μια απότομη αύξηση στη διάδοση των προστατευόμενων καλλιεργειών στην περιοχή μελέτης, από περίπου 65 εκτάρια το έτος 1990 σε περισσότερα από 680 εκτάρια το έτος 2000. Στο Σχήμα. 8 αυτή η τάση φαίνεται γραφικά, μαζί με μια κατάλληλη εξίσωση παρεμβολής. Οι περισσότερες από τις αλλαγές που πραγματοποιήθηκαν θέση κατά μήκος της ακτής κοντά στην πόλη της Casamassima (Επαρχία του Μπάρι). Οι επιπτώσεις στη γεωργία αυτής της ευρείας χρήσης των πλαστικών αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του Sorenson . Αυτή η μέθοδος βάζει σε σχέση και σε λογική ακολουθία αντίστοιχα τους παράγοντες, τις περιβαλλοντικές συνιστώσες και επιτρέπει μια γρήγορη ταυτοποίηση των κύριων επιπτώσεων των πλαστικών καλυμμάτων και την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων τους για το αγρο-περιβαλλοντικό συστήμα. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν σε αυτό το έγγραφο επιτρέπουν τη δυνατότητα για να δημιουργηθεί μια ρουτίνα σε IDL και λογισμικού ENVI για την αυτόματη ανίχνευση των θερμοκηπίων και άλλων δομών πλαστικής κάλυψης. Αυτό το εργαλείο μπορεί να χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της διακύμανσης των αγροτικών χρήσεων γης και να υποστήριξη την βελτίωση των περιβαλλοντικών πολιτικών και σχεδιασμό τοπίου. Η παρούσα έρευνα έδειξε πως οι επιπτώσεις της χρήσης πλαστικού για κάλυψη των γεωργικών εκτάσεων μπορούν να αξιολογηθούν, έτσι συμβάλλεται στη διατήρηση των τυπικών αισθητικά χαρακτηριστικά του αγροτικού τοπίου.