Αξιολόγηση της αστικής επέκτασης και αλλαγής χρήσεων γης στη Shijiazhuang στην Κίνα, με χρήση GIS και τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο Εφαρμογής: Ανίχνευση μεταβολών αστικής γης
Πρωτότυπος Τίτλος: «Evaluating urban expansion and land use change in Shijiazhuang,China, by using GIS and remote sensing»
Συγγραφείς: Jieying Xiaoa, Yanjun Shenb, Jingfeng Gec, Ryutaro Tateishia, Changyuan Tanga, Yanqing Liangd, Zhiying Huange
Πηγή:ELSEVIER, Landscape and Urban Planning 75 (2006) 69–80
Λέξεις Κλειδιά: GIS, τηλεπισκόπηση, αλλαγή κάλυψης γης, αστική επέκταση, TM, Shijiazhuang
Αυτή η εργασία παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη μελέτη των τάσεων αστικοποίησης στην πόλη Shijiazhuang , Hebei επαρχία της Κίνας , με τη χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών ( GIS) και τηλεπισκόπησης. Η μελέτη διερευνά τις χρονικά και χωρικά χαρακτηριστικά της αστικής επέκτασης την περίοδο 1934-2001 , και την αλλαγή χρήσεων γης / κάλυψης την περίοδο 1987-2001. Οι χωρικές κατανομές των αστικών ανάπτυξης μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις τύπους : ειδικούς στόχους προσανατολισμό , τύπου κοινωνική - πολιτική παρέμβαση , και η κανονική αστική τύπο ανάπτυξης.
Οι στόχοι της παρούσας μελέτης είναι :
- να διερευνήσει τις χρονικά και χωρικά χαρακτηριστικά της αστικής επέκτασης σε 70 χρόνια
- να εντοπίσει και να αξιολογήσει τις χρήσεις γης και την αλλαγή της κάλυψης γης λόγω της αστικοποίησης μεταξύ του 1987 και του 2001, και να δημιουργήσει τελικά χάρτες κάλυψης γης
- να αναλύσει τους κύριους παράγοντες που διέπουν την αστικοποίηση και τις χρήσεις γης και την αλλαγή του κάλυψης γης.
Δεδομένα
Σε αυτή τη μελέτη, πολυετή κοινωνικο-οικονομικών στατιστικά δεδομένα, πολύχρονικοι χάρτες της πόλης, και δύο σκηνές της δορυφορικής πολυφασματικής εικόνας συλλέχθηκαν για την αξιολόγηση των χρονικών και χωρικών χαρακτηριστικών της αστικής επέκτασης κατά την περίοδο 1934-2001 και των χρήσεων γης.
Επεξεργασία χαρτών
Οι πέντε χάρτες των διαφόρων ιστορικών περιόδων μετατράπηκαν σε ψηφιακοί και επεξεργάστηκαν με λογισμικό GIS (MapInfo5.0) και μετατράπηκαν σε “Universal Transverse Mercator” χάρτη προβολής. Ο τοπογραφικός χάρτης του 1981 χρησιμοποιήθηκε ως χάρτης-βάση. Τα σύνορα της αστικής περιοχής στις διάφορες περιόδους προσδιορίστηκαν για τον υπολογισμό του ρυθμού επέκτασης. Το ΣΧ. 2 δείχνει την αστική περιοχή της πόλης Shijiazhuang σε διαφορετικές ιστορικές περιόδους. Η χρήση των ιστορικών χαρτών για να εξαχθούν τα όρια της πόλης, έτσι ώστε να διερευνηθούν τα πρότυπα της αστικής επέκτασης είναι σχετικά απλή και μπορεί να συλλέξει πληροφορίες από τα προ-δορυφόρου χρόνια. Ακόμα κι αν μπορεί να έχει κάποια πιθανά σφάλματα στην ακρίβεια, επειδή οι χάρτες έχουν καταρτιστεί με διάφορους βαθμούς ακρίβειας, η επίδραση αυτής της μεταβλητότητας θα είναι ελάχιστη λόγω των σχετικά χονδρών κλιμάκων χρόνου που χρησιμοποιούνται στην παρούσα μελέτη.
Ετήσιος ρυθμός ανάπτυξης των αστικών περιοχών
Προκειμένου να αξιολογηθεί η χωρική κατανομή της έντασης της αστικής επέκτασης, προσαρμόσαμε ένα δείκτη που ονομάζεται ετήσιος αστικός ρυθμός ανάπτυξης ( AGR ) για την αξιολόγηση της ταχύτητας «αστικοποίησης» ανά μονάδα επιφάνειας . Ορίζεται ως εξής :
AGR =[ ( UAn+i – Uai ) /nTAn+i ] × 100%
όπου Tan + i είναι η συνολική έκταση της μονάδας στόχου και πρέπει να υπολογίζεται κατά τη χρονική στιγμή της i + n. Uan + i και UAI είναι η αστική περιοχή ή κατοικημένη περιοχή στη μονάδα στόχου κατά το χρόνο i + n και θ , αντίστοιχα, και το η είναι το χρονικό ή περίοδος υπολογισμού (σε έτη).
Δορυφορική εικόνα (προ-επεξεργασίας)
Δύο σκηνές από εικόνες Landsat συλλέχθηκαν για την ανάλυση των χρήσεων γης της αλλαγής της κάλυψης γης μεταξύ των ετών 1987 και 2001. Η μία ήταν Landsat 5 TM εικόνα και καταγράφηκε στις 29, Ιουνίου, 1987 και η άλλη ήταν Landsat 7ETM + εικόνα και καταγράφηκε στις 10 Μαΐου του 2001. Και οι δύο εικόνες είναι χωρίς σύννεφα. Πρώτον, η εικόνα το 1987 διορθώθηκε γεωμετρικά στο Universal Transverse Mercator σύστημα προβολής του χάρτη. Στη συνέχεια, η εικόνα το 2001 επίσης γεω-κωδικοποιήθηκε και ταίριαξε στην εικόνα TM με το συνολικό σφάλμα RMS του λιγότερου από το μισό-εικονοστοιχείο. Και οι δύο εικόνες διήθηκαν με 3 × 3 διάμεσο πυρήνα ώστε να αποκλειστεί ο θόρυβος.
Χρήσεις γης και ταξινόμηση της κάλυψης γης
Πριν την ταξινόμηση της κάλυψης γης, μια 9-κλάσεων ταξινόμηση (Μέγιστης Πιθανοφάνειας) σχεδιάστηκε με την εξέταση των ιδιοτήτων των χρήσεων γης της περιοχής μελέτης. Σύμφωνα με το χάρτη χρήσεων γης του 1991 και του μεγάλης κλίμακας χάρτη του 2001, δημιουργήσαμε δύο σειρές δειγμάτων εδάφους αλήθειας για κάθε εικόνα, ένας εκ των οποίων χρησιμοποιείται ως σύνολο δεδομένων εκπαίδευσης και ο άλλος χρησιμοποιείται ως στοιχείο για τις δοκιμές που καθορίζονται για την εκτίμηση της ακρίβειας.
Αποτελέσματα
Η αστική επέκταση κατά τα τελευταία 70 χρόνια
Η αστική περιοχή της πόλης Shijiazhuang επεκτάθηκε από 6.31 χιλ.^2 το 1934 σε 165,5 χιλ^2 το 200 με κατά μέσο όρο ρυθμό 2,4 χιλ^2/χρόνο.
Χρονική ιδιότητες της αστικής επέκτασης
Κατά τα τελευταία 70 χρόνια , η διαδικασία της αστικής ανάπτυξης ή αστικής επέκτασης του Shijiazhuang βιώνει κάποια στάδια υψηλής και χαμηλής ταχύτητας (Σχήμα 3). Τα δεδομένα που εξάγονται από τους πέντε ιστορικούς χάρτες (κύκλοι) είναι σύμφωνα με τα στοιχεία των στατιστικών δεδομένων (cross - line). Σύμφωνα με την πολυετή αλλαγή της αστικής περιοχής (Σχήμα 3), η αστική επέκταση του Shijiazhuang μπορεί να διαιρεθεί σε τέσσερα στάδια, όπως : (1) το αρχικό στάδιο ανάπτυξης 1934-1949, (2) το στάδιο μικρής ανάκαμψης 1950-1955, (3) το στάδιο αργής ανάπτυξης 1956-1980 , και (4) το στάδιο ταχείας επέκτασης 1981-2001.
Χωρική κατανομή της έντασης της αστικής επέκτασης
Οι χωρικές κατανομές της έντασης της αστικής επέκτασης κατά τη διάρκεια των διαφορετικών περιόδων απεικονίζονται από το δείκτη του ετήσιου αστικού ρυθμού ανάπτυξης (Σχήμα 4). Κατά τη διάρκεια του 1934-1947 ( Σχήμα 4α) , η μέση τιμή του ετήσιου αστικού ρυθμού ανάπτυξης ήταν 1,9 % , με ανώτατο όριο 7,2 % . Τα περισσότερα από τα πλέγματα επέκτασης υψηλής ταχύτητας διανέμονται στο δυτικό τμήμα της πόλης . Κατά τη μακρά περίοδο 1947-1981, ο μέσος ετήσιος ρυθμός αστικής ανάπτυξης ήταν 1,32 % με μέγιστο μόνο 2,95 % . Τα κύτταρα με την επέκταση υψηλής ταχύτητας διανέμονται κυρίως γύρω από την παλιά πόλη της επικράτειας 1947 (Σχήμα 4β) . Από το 1981-1991 (Σχήμα 4γ) , η μέση τιμή του ετήσιου ρυθμού αύξησης των αστικών περιοχών ήταν 3% , με ανώτατο όριο περίπου 9,75 % . Τα κύτταρα επέκτασης υψηλής ταχύτητας διανέμονται κυρίως στα νοτιοανατολικά της πόλης και της Βόρειας πλευράς του Shi – Tai. Κατά την τελευταία περίοδο 1991-2001 (Σχήμα 4δ), η μέση τιμή του ετήσιου αστικού ρυθμός ανάπτυξης αυξήθηκε ξαφνικά σε 7,81%, με ανώτατο όριο 10,1%.
Αλλαγή τοπίου τα τελευταία 14 χρόνια
Το Σχήμα 5 δείχνει την κατάταξη κάλυψης γης δύο χρήσεων γης /χαρτών γης. Η ακρίβεια ταξινόμησης αξιολογείται με την αξιολόγηση της συνολικής ακρίβειας ταξινόμησης και τις στατιστικές Kappa , οι οποίες υπολογίζονται σύμφωνα με τη μέθοδο των Congalton et aL( 1983 ) χρησιμοποιώντας τα δύο σύνολα των συνόλων δεδομένων δοκιμής . Συγκρίνοντας τους δύο χάρτες ταξινόμησης , όπως καταδεικνύεται στο Σχήμα 5 , η αλλαγή του τοπίου είναι σημαντική : η αστική περιοχή έχει σε μεγάλο διευρυνθεί,οι γεωργικές γαίες έχουν σε μεγάλο βαθμό μειωθεί και το μεγαλύτερο μέρος του ανεμοθώρακα καθώς και δέντρα και οπωρώνες έχουν εξαφανιστεί. Το Σχήμα 6 καταδεικνύει την σχέση μετατροπής ορισμένων σημαντικών τύπων χρήσεων / κάλυψης γης. Από το Σχήμα 6 , μπορούμε να δούμε τη σχέση μετατροπής της χρήσης / κάλυψης γης πιο άμεσα . Για παράδειγμα , η αστική αλλαγή της γης δείχνει μια σημαντική αύξηση και κυρίως τροποποιημένη από κατοικημένες, καλλιεργήσιμες εκτάσεων (Σχήμα 6α) . Η αλλαγή της οικιστικής γης δείχνει ότι ένα μεγάλο μέρος μειώθηκε και άλλαξε στην αστική επιφάνεια, ενώ μια άλλη μεγάλη περιοχή αυξήθηκε και άλλαξε από την καλλιέργεια γης (Σχήμα 6β). Η αλλαγή των καλλιεργήσιμων εκτάσεων δείχνει επίσης μια μείωση και έχει μετατραπεί σε αστική , οικιστική και λαχανικών γη (Σχήμα 6c). Από την άλλη πλευρά, ένα μεγάλο μέρος της φυτικής γης έχει μετατραπεί για αστική χρήση (Σχήμα 6δ). Η απώλεια του οπωρώνα ως επί το πλείστον έχει μετατραπεί σε φυτικής γη (Σχήμα 6ε). Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι η οικονομική απόδοση από την καλλιέργεια λαχανικών είναι καλύτερη από ότι από οπωρώνες . Η αύξηση στην επιφάνεια του νερού οφείλεται κυρίως στο ότι ένα νέο κανάλι και κάποια πάρκα χτίστηκαν μετά το 2000 για τη βελτίωση του αστικού περιβάλλοντος (Σχήμα 6F).
Συμπεράσματα
Από την παραπάνω ανάλυση , οι χωρικές κατανομές της αστικής επέκτασης στην Shijiazhuang μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως τρεις τυπικές μορφές : (1) Ειδικό στόχο προσανατολισμένου τύπου στην εποχή του πολέμου(1934-1947), σύμφωνα με την οποία η αστική επέκταση διέπεται από την ίδρυση των στρατιωτικών βάσεων και σχετίζεται με τη χρήση (2) τύπου κοινωνικο-πολιτικής παρέμβασης, δηλαδή , κατά τη διάρκεια των ετών Μεγάλο Άλμα προς τα εμπρός και Πολιτιστικής Επανάστασης. Κατά την περίοδο αυτή , η αστική επέκταση επηρεάστηκε έντονα από την εθνική πολιτική κατάσταση.(3)Τέλος,είναι ο κανονικός τύπο ανάπτυξης , δηλαδή , η αστική διαστολή που προκαλείται από την οικονομική ανάπτυξη και την ανάπτυξη του πληθυσμού κατά τις τελευταίες δύο δεκαετίες.
