Αναλύοντας τη χωρική αναδόμηση των πρότυπων χρήσεων γης σε μία περιοχή με ραγδαία ανάπτυξη, με τη χρήση τηλεπισκόπησης και GIS
Από RemoteSensing Wiki
Analyzing spatial restructuring of land use patterns in a fast growing region using remote sensing and GIS
Συγγραφείς: Xia Li, Anthony Gar-On Yeh
Πηγή: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169204603002500
Αυτή η έρευνα αναλύει την αστική επέκταση και τη χωρική αναδόμηση των πρότυπων χρήσεων γης στο Δέλτα του ποταμού Pearl της νοτιας Κίνας χρησιμοποιώντας τηλεπισκόπηση και GIS.
Εισαγωγή
Η πρόσφατη εμπειρία της αστικοποίησης της Κίνας είναι επηρεασμένη από την όλη διαδικασία της παγκοσμιοποίησης. Αυτή η ταχεία διαδικασία αστικοποίησης προκάλεσε αστική επέκταση στην Κίνα μη αναμενόμενης κλίμακας τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Η Κίνα έχει γενικά το πρόβλημα του μικρού ποσοστού γης ανά κάτοικο που είναι πολύ μικρότερο από τον παγόσμιο μέσο όρο. Πριν από το 1978 η κεντρική κυβέρνηση και οι περιφερειακές παρείχαν πολύ αυστηρό έλεγχο στο σχεδιασμό χρήσεων γης. Μέχρι το 1980 η Κίνα μετατράπηκε από μία σχεδιαστική οικονομία σε μία αγοραστική, το οποίο ήταν αποτέλεσμα του οικονομικού μετασχηματισμού. Οι τομείς γης και ιδιοκτησίας
είναι υπό μετασχηματισμό, καθώς αρχίζουν να παίζουν σημαντικό
ρόλο στην οικονομία. Η εφαρμογή των νέων Πολιτικων γης έχει δημιουργήσει βαθιές επιρροές στην πορεία που ακολουθούν οι χρήσεις γης και τη μετατροπή των χρήσεων γης στην Κίνα. Αυτό έχει οδηγήσει σε όξυνση των αντιπαράθεσεων για τις χρήσεις γης και σε ταχεία εξάντληση των γεωργικών πόρων της γης σε πολλές ταχέως αναπτυσσόμενες πόλεις. Το 1994, η Κίνα έπρεπε να εφαρμόσει το «Διάταγμα για την Προστασία της Πρωτοβάθμιας Γεωργικής γης » (Συμβούλιο της Επικρατείας, 1994) για τον έλεγχο της ραγδαίας ανάπτυξης γης. Η κατεύθυνση και το μέγεθος των αλλαγών χρήσης γης έχουν επηρεαστεί πολύ από αυτής της πολιτική γης. Πρωτοφανείς αλλαγές στις χρήσεις γης πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή στις τελευταίες δύο δεκαετίες. Εντοπίστηαν πολλά σχετικά προβλήματα με τη γη, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας αγροτικής γης, ρύπανση των υδάτων, εδαφολογική διάβρωση, και μια αύξηση στο μέγεθος και τη συχνότητα για πλυμμήρες. Η γρήγορη αστική επέκταση έχει προκαλέσει την απώλεια μιας μεγάλης ποσότητας αγροτικής γης στο δέλτα αυτό. Τα δεδομένα της τηλεπισκόπησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εκτιμηθεί ο τύπος, το ποσό και η τοποθεσία των μετατροπών στις χρήσεις γης. Η έρευνα αυτή εκτιμά τη ποσότητα και των τύπο των αλλαγών στις χρήσεις γης σε δύο χρονικές περιόδους, 1988-1993 και 1993-1997 στο συγκεκριμένο δέλτα ποταμού. Η έρευνα μελετά τη σχέση μεταξύ των αλλαγών χρήσεις γης με μία σειρά διαφόρων παραγόντων απόστασης. Επίσης συγκρίνει τις μεθόδους δείκτών και την εντροπία πυκνότητας για τη μέτρηση των χωρικών σχεδίων και τη διαδικασία της ανάπτυξης του εδάφους.
Έρευνα
Το δέλτα του ποταμου αυτού έχει έκταση 41,157 τετραγωνικά χιλιόμετρα. Κάποτε ήταν μία μεγάλη περιοχή αγροτικής παραγωγής στη Νότια Κίνα πριν την οικονομική διαμόρφωση. Σημειώθηκε ραγδαία οικονομική ανάπτυξη με απότελεσμα την αλλαγή του τοπίου. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζει η περιοχή αυτή δεν είναι μοναδικό γιατί και άλλες περιοχές της Κίνας ενδέχεται να το αντιμετωπίσουν σύντομα. Η περιοχή αυτή εδράζεται στο κεντρικό μέρος της επαρχίας Guangdong η οποία δέχτηκε μεγάλη οικονομική ανάπτυξη ως αποτέλεσμα της ακαθάριστης εσωτερικής παραγωγής και του εξαγωγικού εμπορίου. Η επαρχία αυτή προσέλκυε πάνω από το μισό των ξένων επένδυσεων του έθνους για τις βιομηχανίες επεξεργασίας και τις συλλογικές επιχειρήσεις σε ολόκληρη την εθνική χορήγηση (εικ.1).
Μεθοδολογία
Ανίχνευση αλλαγών
Μια τεχνική ανίχνευσης αλλαγών βασισμένη στην ανάλυση κύριων τμημάτων (PCA) χρησιμοποιείται στο δέλτα για να παρακολουθήσει την ανάπτυξη του εδάφους. Ένα κοινό πρόβλημα είναι η υπερεκτίμηση της ποσότητας των αλλαγών. Η τεχνική του συνδυασμού PCA με την επιβλεπόμενη ταξινόμηση έχει αναπτυχθεί για να υπερνικήσει το πρόβλημα αυτό και να μειώσει τις δυνατότητες αστοχίας. Όταν δύο εικόνες χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν τις αλλαγές χρήσεων γης, το πρώτο βήμα της PCA μεθόδου είναι να τεθούν οι δύο εικόνες σε έναν σωρό που αποτελείται συνολικά από 2n ζώνες. Η PCA πραγματοποιείται έπειτα για να συμπιέσει αυτές τις αρχικές ζώνες σε ένα αριθμό συστατικών. Η διαλογική επιβλεπόμενη ταξινόμηση των αλλαγών χρήσης γης πραγματοποιείται στα συμπιεσμένα συστατικά. Διαπιστώνεται ότι τα πρώτα τέσσερα συστατικά περιέχουν περισσότερο από 96% της συνολικής διαφοράς και τα υπόλοιπα έχουν λίγες πληροφορίες. Επομένως, τα πρώτα τέσσερα συστατικά χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση αλλαγής. Τα δείγματα κατάρτισης για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση προσδιορίζονται στη συμπιεσμένη PCA εικόνα. Κατ' αρχάς, οι δύο αρχικές εικόνες επιδεικνύονται ως πρότυπα σύνθετα ψεύδο-χρώματος. Η PCA εικόνα επιδεικνύεται επίσης και ζει συνδεμένη με αυτές τις δύο αρχικές εικόνες χρησιμοποιώντας το ERDAS IMAGINE software. Οι δύο αρχικές εικόνες χρησιμοποιούνται ακριβώς μόνο για να βοηθήσουν τον προσδιορισμό των δειγμάτων κατάρτισης στη PCA εικόνα. Αυτή η μέθοδος εφαρμόστηκε στις εικόνες των περιόδων 1988-1993 και 1993-1997 για να εντοπιστούν οι αλλαγές των περιόδων αυτών. Εικόνες Landsat TM της 10 Δεκεμβρίου 1988, 24 Δεκεμβρίου 1993 και 29 Αυγούστου 1997 χρησιμοποιήθηκαν για την ταξινόμηση. Το σχέδιο ταξινόμησης περιλαμβάνει εννέα τύπους χρήσεων γης, οπωρώνας, δάσος, οικιστικές περιοχές, περιοχές ανάπτυξης, περιοχές αγρανάπαυσης, γυμνό χώμα, λίμνες για εκτροφή ψαριών (fishpond) και νερό. Μήτρες μετατροπής χρήσεων γης χτίζονται για να δείξουν τα ποσά από της αλλαγής σε αυτές τις περιόδους. Οι περιοχές ανάπτυξης είναι ένας κοινός τύπος χρήσης γης μέσα στην περιοχή. Εμφανίζονται μέ ένα πολύ φωτεινό τόνο στα πρότυπα σύνθετων εικόνων ψεύδο-χρώματος. Οι περιοχές αγρανάπαυσης αναφέρονται στις μη ολοκληρωμένες περιοχές ανάπτυξης που παραμένουν στον ίδιο τόνο περισσότερο από 4-5 χρόνια. Η περίοδος καθορίζεται σύμφωνα με την τοπική πρακτική. Τα γυμνά χώματα έχουν επίσης φωτεινό τόνο, αλλά όχι τόσο φωτεινός όπως των περιοχών ανάπτυξης. Είναι συνήθως τοποθετημένα σε ορεινές περιοχές. Χρησιμοποιήθηκε επίσης GPS για να βοηθήσει στον εντοπισμό εδαφικών δεδομένων στις φωτογραφίες.
Χωρικες στατιστικές
Το επόμενο βήμα αυτής της μελέτης είναι να μετρηθεί η γεωμετρία των σχεδίων ανάπτυξης και εδαφικών χρήσεων γης με την παροχή λεπτομερών χωρικών πληροφοριών για τον προγραμματισμό χρήσεων γης. Το GIS είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για να εφαρμόσει τη μορφολογική προσέγγιση μεισχυρές λειτουργίες και τα κατάλληλο περιβάλλον διαμόρφωσης. Δύο δείκτες προτείνονται για να διευκολυνθεί η μέτρηση της αστικής μορφολογίας, ο δείκτης πυκνότητας και η εντροπία. Η μέτρηση πραγματοποιείται σε ταξινομημένες δορυφορικές εικόνες Landsat TM με τη χρησιμοποίηση ανάλυσης του GIS. Η πυκνότητα της ανάπτυξης της γης υπολογίζεται σύμφωνα με τη μέση σύγκριση μεταξύ περιμέτρου κάθε αναπτυγμένης συστάδας και αυτήν ενός κύκλου που έχει την ίδια έκταση. Αυτή η σύγκριση είναι χρήσιμη για τη συγκεκριμενοποίηση των στοιχείων. Ένας περιπλοκότερος δείκτης για τη μέτρηση της αστικής μορφολογίας είναι βασισμένος στην έννοια της εντροπίας. Η μέθοδος έχει πλεονεκτήματα στην απεικόνιση του προσανατολισμού και της διαμόρφωσης των χωρικών σχεδίων επειδή μπορεί εύκολα να ενσωματώσει τις χωρικές μεταβλητές από το GIS στον υπολογισμό. Η μέθοδος της εντροπίας είναι κατάλληλη και αποτελεσματική στον προσδιορισμό εάν τα πρότυπα της εδαφικής ανάπτυξης είναι διασκορπισμένα ή συμπαγή όσον αφορά τα κέντρα τους και τους δρόμους.
Ανάλυση οπισθοδρόμησης (regression analysis)
Μια περαιτέρω πτυχή αυτής της μελέτης είναι να εξεταστoύν οι κινητήριες δυνάμεις που είναι αρμόδιες για την αναδόμηση των χρήσεων γης. Η ανάλυση οπισθοδρόμησης μπορεί να εφαρμοστεί για να εξετάσει τις σχέσεις μεταξύ των αλλαγών χρήσης γης και των χωρικών μεταβλητών. Σε αυτήν την μελέτη, υποθέτουμε ότι οι πιθανότητες των αλλαγών χρήσης γης είναι λειτουργία τριών χωρικών μεταβλητών: απόσταση από τις οικιστικές περιοχές, απόσταση από τους δρόμους και απόσταση από το Χονγκ Κονγκ. Η ανάλυση οπισθοδρόμησης μπορεί να πραγματοποιηθεί για να εγκυροποιήσει αυτή την υπόθεση. Η πιθανότητα μετατροπής από τη αγροτική γη στο αστικό έδαφος μπορεί να είναι σε μια λειτουργία αποσύνθεσης απόστασης. Η ανάλυση οπισθοδρόμησης μπορεί να πραγματοποιηθεί για να καθιερώσει τη σχέση. Οι ουδέτερες ζώνες γύρω από τα αστικά κέντρα δημιουργούνται για να υπολογίσουν την πυκνότητα της απώλειας αγροτικής γης.
Ανάλυση και αποτελέσματα
Αλλαγή χρήσεων γης μεταξύ 1988 και 1993
Υπήρξαν τρεις σημαντικοί τύποι αλλαγής - μετατροπών χρήσης γης από τη αγροτική γη (cropland, οπωρώνας, και fishpond) σε οικιστικές περιοχές και περιοχές ανάπτυξης, μετατροπή από περιοχή σοδειάς σε fishpond, και μετατροπή από περιοχή σοδειάς στον οπωρώνα. Οι χωρικές παραλλαγές στις αλλαγές χρήσης γης προσδιορίστηκαν μεταξύ των πόλεων. Η πόλεις που βίωσαν ραγδαία οικονομική ανάπτυξη έχουν συνήθως μεγάλες αλλαγές στις χρήσεις γης. Οι Shenzhen και Dongguan, που τοποθετούνται στη ανατολική πλευρά του δέλτα με μια πιό μικρή απόσταση από το Χονγκ Κονγκ, έχουν τα μεγαλύτερα ποσοστά στις αλλαγές των χρήσεων γης αλλαγή του συνολικού εδάφους.
Αλλαγή χρήσεων γης μεταξύ 1993 και 1997
Στη δεύτερη αυτή περίοδο, το 11.8% του εδάφους βίωσε αλλαγές, αλλά η απώλεια αγροτικής γης μειώθηκε σημαντικά έναντι του ποσοστού της πρώτης περιόδου. Ο λόγος για αυτό είναι η εφαρμογή της διάταξης «Αρχή για την προστασία της γεωργικής γης» (Συμβούλιο του Κράτους, 1994). Ένα ξεχωριστό φαινόμενο ήταν η ύπαρξη πολλών περιοχών αγρανάπαυσης αυτή τη περίοδο.
Χωρικά πρότυπα χρήσης αστικής γης
Η εικόνα 2 δείχνει ότι το αστικό έδαφος βρίσκεται κυρίως κοντά σε βασικούς δρόμους στο δέλτα, που δίνει έμφαση στα διασκορπισμένα σχέδια ανάπτυξης. Οι χωροχρονικές παραλλαγές της απώλειας αγροτικής γης μπορούν να προσδιοριστούν σε αθροιστικό επίπεδο ανά πόλεις. Αυτό μπορεί να βοηθήσει τους αστικούς αρμόδιους στο σχεδιασμό, να προσδιορίσουν ποιες πόλεις ή κωμοπόλεις έχουν αυστηρό προβλήματα χρήσεων γης. Η πρώτη μέτρηση αστικής κατάκλισης πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το δείκτη πυκνότητας. Οι πόλεις στην ανατολική μεριά ανάπτυξης έχει τις χαμηλότερες τιμές στο δείκτη πυκνότητας ενώ, οι πόλεις δυτικά είχαν τις υψηλότερες τιμές (εικ. 4). Ο λόγος είναι ότι οι πόλεις στην ανατολική μεριά είναι πιό κοντά στο Hong Kong. Ο δείκτης αυτός είναι χρήσιμος για τον προγραμματισμό χρήσεων γης επειδή μπορεί ποσοτικά να προσδιορίσει που οι πόλεις ή οι κωμοπόλεις έχουν τις συμπαγέστερες μορφές ανάπτυξης. Η εικόνα 3 παρουσιάζει τις αλλαγές των τιμών εντροπίας για κάθε μια πόλη το 1988, το 1993 και το 1997. Μεγαλύτερη τιμή εντροπίας συνδέεται με περισσότερο διασκορπισμένη ανάπτυξη.
Χωρική εξάρτηση των σχεδίων χρήσης γης
Η ανάλυση δείχνει μια ισχυρή χωρική εξάρτηση των αλλαγών στις χρήσεις γης. Η εικόνα 5 παρουσιάζει τις σχέσεις μεταξύ των σημαντικότερων τύπων αλλαγών χρήσεων γης και μέση απόσταση από τα αστικά κέντρα. Είναι προφανές ότι ένα μεγάλο μέρος των αλλαγών χρήσης γης εμφανίζεται κοντά στις αστικές περιοχές. Η σχέση είναι ισχυρότερη για την περίοδο 1988-1993 απ'ό, τι για την περίοδο 1993-1997. Η πυκνότητα της απώλειας αγροτικής γης μειώνεται σε απόσταση από τις υπάρχουσες οικιστικές περιοχές αν και υπάρχουν ακόμα μερικές μικρές αιχμές στις εξωτερικές περιοχές. Αυτό δείχνει ότι η αγροτική γη που υπάρχει πλησίον των οικιστικών περιοχών είναι πιθανότερο να μετατραπεί σε γη με αστική χρήση. Η εικόνα 6 παρουσιάζει τις σχέσεις μεταξύ σημαντικών τύπων αλλαγών χρήσης γης και της εγγύτητας στους δρόμους. Η λειτουργία αποσύνθεσης απόστασης για πιθανότητα ανάπτυξης υπάρχει μόνο μέσα σε μια πολύ σύντομη απόσταση περίπου 2-3 χλμ. Η εικόνα 7 μας δείχνει τα σχέδια των αλλαγών χρήσης γης που συνδέονται με την απόσταση από το Χονγκ Κονγκ. Η πυκνότητα της απώλειας γης την περίοδο 1988-1993 προφανώς εγκαθιστά τη λειτουργία αποσύνθεσης απόστασης καθώς η μεγαλύτερη απώλεια γης παρουσιάστηκε σε περιοχές κοντά στο Χονγκ Κονγκ.
Συζήτηση
Τα χωρικά πρότυπα της εδαφικής ανάπτυξης στα ανατολικά δεν είναι σε συμπαγείς μορφές σύμφωνα με τις μετρησεις των δεικτων που αναφέρθηκαν. Αυτό έχει προκαλέσει πολλές συγκρούσεις σχετικά με τις χρήσεις γης και το περιβάλλον. Η προώθηση της συμπαγούς ανάπτυξης είναι ένας σημαντικός τρόπος να σωθούν οι πόροι εδάφους και να αποφευχθεί μια σειρά περιβαλλοντικών προβλημάτων. Μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της κατανάλωσης αγροτικής γης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αστικοποίησης. Η περιοχή έχασε το 13.1% της αγροτικής γης την περίοδο 1988-1993. Το οικιστικό έδαφος ανέρχεται σε 11.3% της συνολικής περιοχής το 1997. Το μέγεθος του προβλήματος φαίνεται στο ότι αυτοί οι αριθμοί είναι πολύ υψηλότεροι από τα διεθνή πρότυπα. Η Κίνα έχει καταβάλει προσπάθειες να αφαιρέσει την περιφερειακή αδικία έτσι ώστε το χάσμα μεταξύ των πλούσιων και φτωχών περιοχών να μειωθεί βαθμιαία. Εντούτοις, θεωρείται ότι η πρόσφατη οικονομική ανάπτυξη στην Κίνα μπορεί να επιφέρει ένα νέο κύμα ανώμαλης επαρχιακής ανάπτυξης (fan, 1995).
