ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ ΤΩΝ ΥΔΡΟΒΙΟΤΟΠΩΝ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΔΕΚΤΕΣ

Από RemoteSensing Wiki

1. Αντικείμενο Εφαρμογής: ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ ΤΩΝ ΥΔΡΟΒΙΟΤΟΠΩΝ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΔΕΚΤΕΣ

2. Στόχος Εφαρμογής: Στόχος της εφαρμογής είναι η αξιολόγηση της χρήσης εικόνων ραντάρ και υπέρυθρων και εικόνων στο ορατό τμήμα του φάσματος για τη χαρτογράφηση των πλημμύρων των υδροβιότοπων.

3. Είδη Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν από τους δορυφόρους SPOT και RADARSAT. Συγκεκριμένα από τα δεδομένα SPOT χρησιμοποιήθηκαν το ορατό και υπέρυθρο κανάλι.

4. Χρησιμότητα Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Επειδή οι συνθήκες κάτω από τις οποίες συμβαίνουν οι πλημμύρες αλλάζουν με το χρόνο οι μετρήσεις πεδίου για τη μελέτη τους θα πρέπει να οργανωθούν σωστά αφού απαιτούν χρονοβόρες διαδικασίες. Για την οργάνωση των μετρήσεων και των ερευνών χρησιμοποιήθηκαν ως χρονικό υπόβαθρο οι ημερομηνίες λήψης των εικόνων SAR, δηλαδή τα «περάσματα» των δεκτών RADARSAT.

5. Προεπεξεργασίες: Οι εικόνες του RADARSAT καλιμπραρίστηκαν με τη βοήθεια του λογισμικού PCI 6.1.1 λόγω σκέδασης. Ο θόρυβος που προκαλείται από τη σκέδαση του σήματος μειώνει την αποτελεσματικότητα των ταξινομήσεων , που βασίζονται στις ψηφιακές τιμές των pixel, λόγω της μεταβλητότητας που παρατηρείται στην επιστροφή του σήματος ακόμη και για ομογενείς περιοχές. Η διόρθωση αυτή των εικόνων RADARSAT έγινε με την εφαρμογή του μέσου όρου των τιμών που έδωσαν οι τέσσερις ανεξάρτητες παρατηρήσεις της περιοχής. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε το φίλτρο Kuan 7 ð 7 pixel. Οι εικόνες SPOT και RADARSAT διορθώθηκαν γεωμετρικά με τη μέθοδο που περιγράφεται από τον Toutin η οποία χρησιμοποιέι δορυφορικά εμπειρικά δεδομένα, σημεία επίγειου ελέγχου και ψηφιακά μοντέλα υψομέτρων (DEM). Στον ΠΙΝΑΚΑ 1 παρουσιάζονται τα σημεία επίγειου ελέγχου και το σφάλμα τους. Οι γεωγραφικές συντεταγμένες των επίγειων σημείων ελέγχου υπολογίστηκαν με βάση μετρήσεις GPS με διαφορικό εντοπισμό και με τοπογραφικούς χάρτες 1 : 50 000 της περιοχής. Οι μετρήσεις GPS έχουν ακρίβεια λιγότερο από 1μ ενώ η ακρίβεια του χάρτη είναι 30-50μ. Λόγω χαμηλού ανάγλυφου στον υδροβιότοπο επιλέχθηκαν ως μέσο υψόμετρο τα 214μ για την ορθοαναγωγή των εικόνων. Το σφάλμα των GCP για κάθε εικόνα ήταν λιγότερο 15μ, δηλαδή ήταν μέσα στις αναμενόμενες τιμές. Για την ανάλυση των εικόνων ραντάρ χρησιμοποιήθηκαν πρόσθετες εικόνες SPOT της περιοχής. Για να εξασφαλιστεί η συμφωνία μεταξύ των δύο ειδών εικόνων χρησιμοποιήθηκαν για άλλη μια φορά τα GCP, μία πρωτοβάθμια πολυωνυμική εξίσωση και η μέθοδος αναδόμησης του εγγύτερου γείτονα. Επειδή τα δύο δορυφορικά συστήματα έχουν διαφορετική διακριτική ικανότητα, οι εικόνες ραντάρ αναδομήθηκαν σε μέγεθος pixel 20μ για να ταιριάζει με του SPOT.

6. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα: Οι εικόνες ταξινομήθηκαν σε τρεις κατηγορίες: ελεύθερα νερά, πλημμυρισμένη βλάστηση και μη πλημμυρισμένη βλάστηση. Χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία της απόστασης του Mahalanobis . Επειδή η κάθε κατηγορία περιλάμβανε μεγάλη ποικιλία ψηφιακών τιμών οι κατηγορίες χωρίστηκαν σε 15 υποκατηγορίες για να μειωθεί η φασματική μεταβλητότητα στις φασματικές υπογραφές τους. Το νερό χωρίστηκε σε υποκατηγορίες ανάλογα με το βάθος και το στάδιο ιζηματογένεσης, και οι υπόλοιπες κατηγορίες χωρίστηκαν ανάλογα με τον τύπο και την πυκνότητα της βλάστησης.

Για τον έλεγχο των αποτελεσμάτων της ταξινόμησης επιλέχθηκαν 50 τυχαία pixel για κάθε κατηγορία με σκοπό να συγκριθούν με δεδομένα πεδίου. Για τη σύγκριση των δεδομένων εφαρμόστηκε μία μάσκα που περιλάμβανε τις περιοχές για τις οποίες υπήρχαν μετρήσεις πεδίου. Η μάσκα αυτή αποτέθηκε πάνω από τις ταξινομημένες εικόνες και στη συνέχεια επιλέχθηκαν από τη μάσκα στις ταξινομημένες εικόνες τα τυχαία pixel για τον έλεγχο. Τα αποτελέσματα καταρτίστηκαν σε πίνακες (ΠΙΝΑΚΑΣ 2) οι οποίοι συγκρίνουν τα αποτελέσματα της ταξινόμησης με αυτά των δεδομένων πεδίου και υπολογίζουν το δείκτη Kappa ως μέτρο ακρίβειας.

Σύμφωνα με τους δείκτες Kappa και τους πίνακες σύγχυσης , η μεγαλύτερη ακρίβεια ταξινόμησης ήταν αυτή των δεδομένων ραντάρ (70-76% όπως φαίνεται από τον παραπάνω πίνακα). Ο συνδυασμός των εικόνων ραντάρ και SPOT έδωσε μεγαλύτερη ακρίβεια (92%) στο διαχωρισμό μεταξύ πλημμυρισμένης βλάστησης και ξηρών περιοχών και για τις δύο χρονολογίες. Βέβαια κάποια pixel αραιής βλάστησης κατηγοριοποιήθηκαν λάθος ως «μη πλημμυρισμένη βλάστης» και κάποια pixel που βρίσκονταν στο όριο μεταξύ νερού και πλημμυρισμένης βλάστησης κατηγοριοποιήθηκαν ως «μη πλημμυρισμένη περιοχή». Τα αποτελέσματα των παράγωγων θεματικών χαρτών φαίνονται στις ΕΙΚΟΝΕΣ 2,3.

7. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δείχνουν ότι ένας υδροβιότοπος (στην περίπτωση μας το Δέλτα ενός ποταμού) μπορεί να χαρτογραφηθεί με ικανοποιητική ακρίβεια υπό συνθήκες χαμηλής βλάστησης με συνδυασμό εικόνων RADARSAT και SPOT. Αυτό συμβαίνει γιατί τα δύο είδη εικόνων αλληλοσυμπληρώνονται, καθώς η μία αντισταθμίζει τα ελαττώματα της άλλης.

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΑΡΘΡΟ

A multi-sensor approach to wetland flood monitoring Jessika Toyra,Alain Pietroniro,Lawrence W. Martz1 and Terry D. Prowse