Η τηλεπισκόπηση για την εξαγωγή των αστικών χωρικών παραγόντων και την πιθανή χωρική ανάπτυξη

Από RemoteSensing Wiki

Οι δυνατότητες της τηλεπισκόπησης για την εξαγωγή των αστικών χωρικών παραγόντων και την βάση των πιθανοτήτων ανάλυση της χωρικής ανάπτυξης

The capabilities of remote sensing to derive urban location factors for probability-based spatial growth analysis

Συγγραφείς  : Hannes Taubenböck, Sebastian Clodt, Michael Wurm, Martin Wegmann, Carsten Jürgens

Πηγή : REAL CORP (Vienna, 18-20/5/2010)

Εισαγωγή

Σε όλο τον κόσμο και ιδιαίτερα στην Ινδία η αστικοποίηση προχωράει με έντονους ρυθμούς, γεγονός που παράλληλα με την έλλειψη αστικού βιώσιμου σχεδιασμού δημιουργεί σημαντικά προβλήματα στον χώρο. Η βάση για τη βιώσιμη χωρική στρατηγική έγκειται στην παρατήρηση και την κατανόηση της διαδικασίας της αστικοποίησης. Η τηλεπισκόπηση είναι σε θέση να παράσχει τέτοιες πληροφορίες για την διαχρονική καταγραφή της χωρικής ανάπτυξης. Έτσι στην παρούσα μελέτη διερευνώνται οι δυνατότητες της τηλεπισκόπησης να εντοπίζει τα χωρικά στοιχεία αλλά και τις μελλοντικές περιοχές αστικής ανάπτυξης. Επιπλέον μέσω των πιθανοτήτων θα εκτιμηθεί η μελλοντική χωρική ανάπτυξη της πόλης Hyderabad στην Ινδία.

Περιοχή μελέτης και δεδομένα

Η Hyderabad είναι η πρωτεύουσα του ινδικού κράτους Άντρα Πραντές με πληθυσμό 6,4 εκατομμύρια το 2007 και τάσεις αύξησης τα επόμενα έτη. Στην ευρύτερη περιοχή της Hyderabad υπάρχει μια σειρά των βιομηχανικών δραστηριοτήτων. Η πόλη έχει δυναμικά αναδειχθεί ως ένα κομβικό σημείο γνώσης, ταχείας προόδου στον τομέα της τεχνολογίας, των πληροφοριών , της βιοτεχνολογίας, της ιατρικής περίθαλψης, αλλά και στον τομέα του τουρισμού. Τα τηλεπισκοπικά δεδομένα της μελέτης προέρχονται από τον δορυφόρο Landsat (δεδομένα ετών 1975, 1989, 2001) και TerraSAR-X αισθητήρες(δεδομένα έτους 2009). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DEM) από την Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Το σχήμα 1 δείχνει την ένταση της εικόνας του σήματος του ραντάρ με τα με φωτεινά pixels να αναφέρονται σε αστικοποιημένες περιοχές, για την πλήρη κάλυψη απαιτούνται τρείς σκηνές λήψεων.

Μέθοδοι: Ανάλυση χρονολογικών σειρών χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεανίχνευσης multi-χρονικά και πολυαισθητηριακά

Η μελέτη επικεντρώνεται στις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης να αντλήσει πληροφορίες για τις γεωμετρίες των ευνοημένων και μη αστικών περιοχών, ώστε να προσδιοριστεί μια μελλοντική ανάπτυξη. Εφαρμόζεται μια ιεραρχική, object-oriented μέθοδος ταξινόμησης για τον καθορισμό των εξής περιοχών : κατοικημένες περιοχές, μη κατοικημένες περιοχές και νερό. Η βασική ιδέα για την εξαγωγή αξιόπιστων αστικών χαρακτηριστικών, τα οποία εκπροσωπούνται από φωτεινούς σκεδαστές στο σημείο (ανακλαστική γωνία) είναι η καταγραφή αυτών (δημιουργία ίχνους) και η εκτίμηση με βάση συντελεστές διασποράς. Η εκ των υστέρω-ταξινόμηση της χωρικής επικάλυψης και η διασταύρωση των διαβαθμίσεων των αστικών ιχνών για τα έτη 1975, 1989, 2001 και 2009 επιτρέπει την ανάκτηση των ποσοτικών πληροφοριών σχετικά με τη χωρική ανάπτυξη της περιοχής ελέγχου. Το σχήμα 2 δείχνει την ανίχνευση αλλαγών του χώρου του Hyderabad από τη δεκαετία του 1970 μέχρι σήμερα.

Ανάπτυξη των αστικών χωρικών παραγόντων

Παράμετροι οικιστικής ανάπτυξης, όπως η κλίση, το οδικό δίκτυο, τη συνεχή εντός των αστικών υπαίθριων χώρων υποδομή και την κύρια κατεύθυνση της ανάπτυξης, καταγράφονται μέσω της μεθόδου της τηλεπισκόπησης. Με βάση τις θεωρίες περιφερειακού σχεδιασμού οι τρεις κατηγορίες αστικών παραγόντων που διακρίθηκαν είναι : τα τοπογραφικά περιβαλλοντικά στρώματα, τα περιορισμένα χωρικά στρώματα και οι συνεχείς ενδοιαστικοί ανοιχτοί χώροι. Με βάση την θεωρία των πόλων ανάπτυξης και των τηλεπισκοπικών απεικονίσεων καθορίστηκαν μια σειρά υποθέσεων όπως ότι σε μεγαλύτερες εδαφικές κλίσεις η ύπαρξη νέων οικισμών μειώνεται, όσο απομακρυνόμαστε από τον πυρήνα της πόλης μειώνεται η οικιστική πυκνότητα και οι νέοι οικισμοί. Επιπλέον το οδικό δίκτυο και οι βιομηχανίες παρατηρήθηκε ότι αποτελούν πόλο έλξης των αστικών δραστηριοτήτων. Κάθε σειρά από αυτές τις υποθέσεις, οι οποίες προέκυψαν από τηλεπισκοπικές μεθόδους ανίχνευσης χαρακτηριστικών στοιχείων στο χώρο μεταφέρθηκαν σε χωρικές βάσεις δεδομένων για έλεγχο της μελλοντικής αστικοποίησης. Χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ανοιχτού κώδικα MaxEnt για να υπολογιστεί η κατά πιθανότητα η χωρική θέση των μεταβλητών. Το αστικό αποτύπωμα λειτουργεί σαν δεδομένο για την διεξαγωγή στατιστικών αναλύσεων. Έτσι λοιπόν καθορίστηκαν ζώνες αστικής ανάπτυξης που επηρεάζονται από μια σειρά αστικών παραμέτρων.

Αστικές περιοχές ανάπτυξης βάση πιθανοτήτων

Η μελέτη αυτή αποκάλυψε φαινόμενα κορεσμού στον αστικό πυρήνα. Έτσι, το μοντέλο δεν επιτρέπει, ανεξάρτητα από τις πιθανές τιμές (αποτύπωμα), την περαιτέρω αστικοποίηση στον αστικό πυρήνα αν η πυκνότητα αυτού υπερβαίνει το 80%.

Αποτελέσματα

Το αποτέλεσμα της αξιολόγησης της διαδικασίας της αστικής ανάπτυξης (Σχήμα 3.) δείχνει μεγαλύτερες πιθανότητες αστικής ανάπτυξης σε ένα δακτύλιο κοντά στο κέντρο του Hyderabad καθώς και στα προάστια αυτού. Η εκτίμηση της ακρίβειας για την ταξινόμηση των δεδομένων TerraSAR-X για το 2009 είναι 96%, ενώ η ταξινόμηση Landsat 2001 φθάνει σε συνολική ακρίβεια το 85,75%.Η ακρίβεια της χωρικής ανάλυσης κυμαίνεται από 23% έως 320% και συγκεκριμένα ανάλογα με την αστική ζώνη (διαχωρισμός της αστικής περιοχής σε 16 ζώνες). Το αποτέλεσμα δείχνει ότι σε εννέα από δεκαέξι περιοχές παρουσιάζεται ελλιπή εκπροσώπηση pixel και στις επτά από τις δεκαέξι περιοχές ανάπτυξης μία ικανοποιητική ακρίβεια με εύρος μεταξύ 80% και 112%. Επιπλέον, το αποτέλεσμα της αξιολόγησης της ανάπτυξης εκτιμάται στατιστικά και βασίζεται στις υπολογισμένες τιμές πιθανότητας, με πιθανότητα 52% ανάπτυξης των ήδη αστικοποιημένων περιοχών. Η εκτίμηση της ακρίβειας της θεωρίας της χωρικής ανάπτυξης(χωρίς την βοήθεια των τηλεπισκοπικών αποτελεσμάτων) είναι μόνο 23% γεγονός που δηλώνει ότι οι χωρικές θεωρίες διαφέρουν με την πραγματικότητα καθώς ένα σύνολο κοινωνικοοικονομικών παραγόντων επηρεάζουν την διαδικασία αστικοποίησης. Η χρήση τηλεανίχνευσης στην χωρική ανάλυση αποτελεί σημαντικό εργαλείο ακρίβειας προκειμένου να εξεταστεί η ανάπτυξη των αστικών μοντέλων.

Συμπέρασμα

Με την τηλεανίχνευση και σε συνδυασμό με ένα μοντέλο αστικής ανάπτυξης μπορούμε να συμπεράνουμε με μεγάλη ακρίβεια τις τάσεις της αστικής ανάπτυξης μιας πόλης. Η τηλεπισκόπηση στοχεύει σε μια πιο ολιστική βάση δεδομένων για την κατανόηση των πολύπλοκων αστικών συστημάτων αλλά και μέσω αυτής μπορούν να αξιολογηθούν οι κατάλληλες περιοχές για μελλοντικές εγκαταστάσεις.