Μελέτη ευχρηστίας για την αξιολόγηση της ταξινόμησης κάλυψης γης IGBP για τη Σιγκαπούρη

Από RemoteSensing Wiki

Μελέτη ευχρηστίας για την αξιολόγηση της ταξινόμησης κάλυψης γης IGBP για τη Σιγκαπούρη

Πρωτότυπος τίτλος: Usability Study to Assess the IGBP Land Cover Classification for Singapore

Συγγραφείς: Nanki Sidhu, Edzer Pebesma, Yi-Chen Wang

Δημοσιεύθηκε: Remote Sensing, 2017, 22nd of October

Εισαγωγή

Τα γήινα φαινόμενα συλλαμβάνονται ευρέως μέσω δορυφορικών εικόνων και δεδομένα παγκόσμιας κλίμακας είναι διαθέσιμα σε μεγάλες αποθήκες δεδομένων μεγάλης κλίμακας όπως το Google Earth Engine ή το Amazon Cloud. Πιο συγκεκριμένα, με την αυξημένη εστίαση στη χρήση γης και την παρακολούθηση της κάλυψης γης σε διάφορες περιοχές του πλανήτη, είναι απαραίτητο για τους ερευνητές και τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής να έχουν πρόσβαση και να κατανοούν το τεράστιο όγκο των δεδομένων που διαθέτουμε. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για τους χρήστες είναι να έχουν μια βαθιά γνώση των δεδομένων τα οποία διατίθενται. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για χρήστες οι οποίοι ενδέχεται να μην είναι ειδικοί στον τομέα της τηλεπισκόπησης ή να εργάζονται με ταξινομημένα στοιχεία κάλυψης γης. Για παράδειγμα, οι χρήστες που δεν είναι ειδικοί υπάρχει η πιθανότητα να εξαρτώνται από τα δεδομένα τηλεπισκόπησης που χρησιμοποιούνται για την υποστήριξη πολιτικών και τη λήψη αποφάσεων. Συνεπώς, είναι επίσης σημαντικό να γνωρίζουμε την "καταλληλότητα χρήσης" των συνόλων δεδομένων που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν, για παράδειγμα, για τον πολεοδομικό σχεδιασμό, την παρακολούθηση της αποψίλωσης, την παρακολούθηση των κλιματικών κύκλων ή την υποστήριξη της οργάνωσης πολιτικών για κυβερνητικούς οργανισμούς. Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους για τον έλεγχο της καταλληλότητας ενός συγκεκριμένου συνόλου δεδομένων για έναν συγκεκριμένο σκοπό είναι η συμμετοχή των χρηστών στη διαδικασία αυτής της αξιολόγησης. Είναι σημαντικό να μπορούν οι χρήστες να κατανοούν την καταλληλότητα των δεδομένων που αναζητούν. Όταν πρόκειται για τη χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης, είναι σημαντικό να σημειωθούν διάφοροι παράγοντες, όπως οι χωρικές, χρονικές και φασματικές αναλύσεις, ειδικά αν πρέπει να κατανοήσουμε και να επεξεργαστούμε με ακρίβεια τα τελικά αποτελέσματα. Έτσι, μέσω μιας μελέτης ευχρηστίας μπορούμε να εκτιμήσουμε την "εμπειρία" των χρηστών και το επίπεδο γνώσης τους. Η αφοσίωση των χρηστών όχι μόνο μας παρέχει κατανόηση της συμπεριφοράς τους, αλλά βοηθά επίσης στην αξιολόγηση της ποιότητας των διαθέσιμων συνόλων δεδομένων. Έτσι, έχουμε μια ολοκληρωμένη εικόνα της κατανόησης και της αλληλεπίδρασης δεδομένων-χρήστη. Η παροχή στατιστικών ακριβείας ενός θεματικού χάρτη βοηθά τους χρήστες στην επιλογή ενός συνόλου δεδομένων για μια κατάλληλη εφαρμογή. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για περιπτώσεις όπου οι θεματικοί χάρτες χρησιμοποιούνται για σχεδιασμό και λήψη αποφάσεων βάσει πολιτικής. Στην περίπτωσή μας, θέλουμε να διερευνήσουμε την ποιότητα του συστήματος ταξινόμησης γης που παρέχεται από το Φασματόμετρο Μετρητικής Ανάλυσης (MODIS) MCD12Q1-1. Το συγκεκριμένο προϊόν ταξινομεί την υφήλιο σε διαφορετικούς τύπους κάλυψης γης. Εμείς θέλουμε να αξιολογήσουμε πόσο καλά καταγράφει τη χρήση και κάλυψη γης για περιοχές του μεγέθους της περιοχής μελέτης μας, της Σιγκαπούρης δηλαδή, και σε γενικότερο πλαίσιο και μικρότερες περιοχές. Είναι γνωστό ότι λειτουργεί αρκετά καλά για τεράστιες δασικές εκτάσεις όπως ο Βραζιλιάνος Αμαζόνιος, ωστόσο, είναι λιγο θολό εάν σε επίπεδο παγκόσμιων συστημάτων ταξινόμησης, όπως το Πρόγραμμα Διεθνούς Γεωσφαιρικής Βιοσφαιρίας (IGBP) ή το Land Cover Classification Scheme (LCCS) μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για την παρακολούθηση της αστικής δυναμικής μιας χώρας όπως η Σιγκαπούρη. Παρακινηθήκαμε από την πρόκληση της εκπροσώπησης μικρότερων γαιών σε υπάρχοντα παγκόσμια ταξινομημένα σύνολα δεδομένων. Το κύριο ερώτημα που τίθεται είναι πόσο καλά ή πόσο κακά αυτές οι περιοχές εκπροσωπούνται. Τα σύνολα δεδομένων παγκόσμιας κάλυψης γης είναι χρήσιμα για τις μικρότερες χώρες, καθώς παρέχουν μια σημαντική εικόνα του τοπίου τους, ειδικά σε σχέση με την υπόλοιπη τοπική περιοχή, την ήπειρο και τον πλανήτη. Στην περίπτωση της Σιγκαπούρης, αντιμετωπίσαμε έλλειψη ανοιχτών δεδομένων, όπου οι χρήστες εξαρτώνταν σε σημαντικό βαθμό από υπάρχοντα ανοιχτά σύνολα δεδομένων, όπως το MODIS και το Landsat, για να εκτιμήσουν το μετασχηματισμό του φυσικού περιβάλλοντος της νήσου και τον πολεοδομικό σχεδιασμό. Είναι σημαντικό να αντιμετωπίσουμε τους ορισμούς της κάλυψης γης IGBP και τις χωρικές πληροφορίες του MCD12Q1-1 ως δύο συστατικά στοιχεία που μαζί αποτελούν το διαβαθμισμένο σύνολο δεδομένων. Η μελέτη των χρηστών επικεντρώνεται ρητά στην αμφισημία των ορισμών κατηγοριών γης IGBP για διαφορετικές κατηγορίες γης που περιέχονται στο MCD12Q1-1. Εκτός από τη μελέτη ευχρηστίας, η οποία επικεντρώνεται στην ποιοτική αξιολόγηση των ορισμών κατηγοριών γης IGBP, πραγματοποιήσαμε επίσης επικύρωση του συνόλου δεδομένων MCD12Q1-1 χρησιμοποιώντας εικόνες εδάφους (ground truth imagery). Η αξιολόγηση ακρίβειας επικυρώνει τη χωρική ακρίβεια οποιουδήποτε προϊόντος τηλεπισκόπησης που περιέχει θεματικές πληροφορίες. Η μελέτη των χρηστών και η αξιολόγηση της ακρίβειας πραγματοποιήθηκαν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, αλλά αλληλοσυμπληρώνονται παρέχοντας μια ολοκληρωμένη επισκόπηση του MCD12Q1-1, όσον αφορά τις πληροφορίες κατηγοριών γης που περιέχει και την ακρίβεια των εικονοστοιχείων. Ο στόχος αυτής της έρευνας είναι να προσελκύσει τους χρήστες σε μια άσκηση με στόχο την ταξινόμηση της Σιγκαπούρης στις υπάρχουσες κατηγορίες της ταξινόμησης κάλυψης γης MCD12Q1 IGBP. Αυτό γίνεται με στόχο να καταστούν κατανοητοί στους χρήστες οι υπάρχοντες ορισμοί συστημάτων ταξινόμησης της κάλυψης γης, καθώς και να μας δωθεί μια ιδέα για το πόσο σαφής, συνοπτική και με ακρίβεια ταξινομείται η Σιγκαπούρη από το σύστημα ταξινόμησης γης της IGBP. Η έρευνα έδωσε επίσης την ευκαιρία να εκτιμηθεί το επίπεδο λεπτομέρειας που προσφέρεται στο προϊόν MCD12Q1-1, όσον αφορά τους ορισμούς που παρέχονται και τον τρόπο με τον οποίο προσαρμόζονται ειδικά στο τοπίο της Σιγκαπούρης, η οποία είναι μία από τις πιο αστικοποιημένες χώρες στον κόσμο. Η επικύρωση του MCD12Q1-1 παρέχει μια ποσοτικοποίηση του βαθμού συμφωνίας μεταξύ των δεδομένων από απόσταση και της πραγματικότητας εδάφους. Οι στατιστικές από την έκβαση της επικύρωσης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν από τους χρήστες για να μετρήσουν την καταλληλότητα του MCD12Q-1 και να χαρτογραφήσουν την κάλυψη γης της Σιγκαπούρης.

Μεθοδολογία

Το σύνολο δεδομένων που χρησιμοποιούμε και αξιολογούμε είναι ένα προϊόν παγκόσμιας κάλυψης γης MODIS-MCD12Q1. Το προϊόν περιέχει πέντε διαφορετικά συστήματα ταξινόμησης γης, ωστόσο η έρευνά μας επικεντρώνεται στο σύστημα IGBP (MCD12Q1-1), το οποίο χωρίζει την κάλυψη ολόκληρης της γης σε 17 κατηγορίες (Πίνακας 1).

Η χωρική ανάλυση του συνόλου δεδομένων είναι 500 μ. Το προϊόν προέρχεται από εικόνες από τους δορυφόρους MODIS Aqua και Terra. Υπάρχει ένα νέο σύνολο δεδομένων που καταρτίζεται στο τέλος κάθε ημερολογιακού έτους. Η δουλειά μας χρησιμοποιεί την ταξινόμηση που δημιουργήθηκε στις 31 Δεκεμβρίου 2008. Η Σιγκαπούρη καλύπτεται από σύννεφα για μεγάλες περιόδους γενικά, αλλά όσον αφορά το 2008 είναι μια περίοδος όπου μπορούσαμε να αποκτήσουμε σχετικά σαφείς εικόνες κατά το μεγαλύτερο μέρος του έτους. Η περιοχή μελέτης για την έρευνά μας είναι η Σιγκαπούρη (Σχήμα 1). Το κύριο κίνητρο για την επιλογή της Σιγκαπούρης ως περιοχής μελέτης είναι να διαπιστωθεί πόσο καλά μια περιοχή μεγέθους της Σιγκαπούρης μπορεί να εκπροσωπείται από ένα παγκόσμιο σύνολο δεδομένων τηλεπισκόπησης. Αυτό επίσης υπογραμμίζει το ερώτημα πώς θα αντλήσουμε καλύτερες λεπτομέρειες από τους υπάρχοντες ορισμούς της κάλυψης γης για να βελτιώσουμε τους περιορισμούς που αντιμετωπίζουν τα περισσότερα συστήματα ταξινόμησης που καλύπτουν καλύψεις γης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, η Σιγκαπούρη έχει ένα ιδιαίτερα αστικοποιημένο τοπίο, στο οποίο είναι διασκορπισμένες προστατευόμενες περιοχές που αποτελούνται από πρωτογενή δάση και υγρότοπους (CCR και Bukit Timah), καθώς και από αστικούς χώρους πρασίνου. Η ανάλυση κάλυψης εδάφους είναι εξάλλου εγγενώς αβέβαιη στη Σιγκαπούρη λόγω των συνεχώς μεταβαλλόμενων φυσικών ορίων. Η αποκατάσταση της γης είναι πράγματι μια κοινή πρακτική στην πόλη-κράτος.

Μελέτες ευχρηστίας

Για να συλλέξουμε τις απαντήσεις για την έρευνα ευχρηστίας, χρησιμοποιήσαμε την πλατφόρμα ανοιχτού κώδικα Limesurvey. Με τη δημιουργία κάθε έρευνας, παρέχεται ένας μοναδικός σύνδεσμος στους χρήστες. Μέσω του συνδέσμου χρήστη μπορούσαν να έχουν πρόσβαση στην έρευνα. Ο σύνδεσμος κυκλοφόρησε ανάμεσα σε πιθανούς ερευνητές του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης, της Υπηρεσίας Χωροταξίας της Σιγκαπούρης, της Αρχής Εξέλιξης Αστικών Περιοχών και του Κέντρου για την Απεικόνιση και Επεξεργασία Απεικόνισης Απομακρυσμένης Ακτίνας Σιγκαπούρης, μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Ο σύνδεσμος διατηρήθηκε ζωντανός για περίοδο δύο μηνών, κατά τη διάρκεια του οποίου οι χρήστες μπορούσαν να έχουν πρόσβαση ανοιχτά στην έρευνα. Το ερωτηματολόγιο κρατήθηκε ανώνυμο δεδομένου ότι το όνομα των χρηστών δεν ήταν σχετικό με το έργο, ωστόσο, ζητήσαμε τους οργανισμούς με τους οποίους συνδέονται, καθώς παρέχει μια ιδέα για την έκταση της εμπειρίας τους σε πληροφορίες σχετικά με την κάλυψη γης. Λάβαμε 33 ολοκληρωμένες απαντήσεις από 89 απόπειρες. Οι ερωτήσεις της έρευνας περιελάμβαναν εικόνες των υποτομέων της Σιγκαπούρης από το Google Earth (2016) (Google Inc., Mountain View, CA, ΗΠΑ) με κάθε εικόνα να περιέχει διαφορετικά τοπία. Κάθε εικόνα είχε χωρική έκταση 300-500 μ. Ορισμένες εικόνες αποτελούσαν μία ενιαία κάλυψη γης, ενώ άλλες περιείχαν ένα μείγμα διαφορετικών τύπων κάλυψης. Κάθε εικόνα διέφερε περαιτέρω όσον αφορά το επίπεδο και τη γωνία μεγέθυνσης φωτεινότητας, προκειμένου να εξασφαλιστεί η τυχαιότητα και η λήψη σημαντικών απαντήσεων. Οι ερωτήσεις είχαν τη μορφή πολλαπλών επιλογών, με οκτώ επιλογές απάντησης. Οι επιλογές απάντησης που δόθηκαν ήταν οι ετικέτες κάλυψης γης από την ταξινόμηση κάλυψης γης του MODIS IGBP (Πίνακας 1), ειδικότερα, οι κατηγορίες γης που εμφανίζονται στη Σιγκαπούρη σύμφωνα με το σύνολο δεδομένων MCD12Q1-1. Παρέχοντας τις μέγιστες πληροφορίες σε ένα χρήστη, μειώνουμε το πεδίο για τις προκατειλημμένες απαντήσεις. Στο τέλος της έρευνας συμπεριλάβαμε επίσης μια ανοιχτή ερώτηση σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι συμμετέχοντες θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν ένα παγκόσμιο σύνολο δεδομένων κάλυψης γης παρόμοιο με το MCD12Q1-1, το οποίο μας παρέχει μια εικόνα για το με ποιο τρόπο οι ερευνητές-χρήστες και οι χρήστες τηλεπισκοπικών δεδομένων έχοντας τα δεδομένα κάλυψης γης της Σιγκαπούρης θα έβλεπαν μια ταξινόμηση της χώρας σε παγκόσμια κλίμακα. Για να υποστηρίξουμε την έρευνα, διεξήγαμε επίσης προσωπικές συνεντεύξεις με τέσσερις εμπειρογνώμονες από οργανισμούς που εργάζονται με δεδομένα από απόσταση για τη Σιγκαπούρη. Οι εμπειρογνώμονες σχετίζονταν με το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης (NUS), την Αρχή Αναμόρφωσης Αστικών Περιοχών (URA), τα Εθνικά Πάρκα (NP) και το Κέντρο Τηλεπισκόπησης και Επεξεργασίας Απεικόνισης Σιγκαπούρης. Οι συνεντεύξεις ήταν ανεπίσημα δομημένες, αλλά ιδιαίτερα εστιασμένες. Οι ερωτήσεις ήταν ελαφρώς ποικίλες για να προσαρμοστούν στο ιστορικό και την εμπειρία κάθε συνεντευξιαζόμενου. Οι ερωτήσεις που ετίθεντο ήταν οι εξής: -Ποια είναι η υπαγωγή σας και ο τομέας εργασίας στον οποία βρίσκεστε; -Στην έρευνά σας ή την επαγγελματική σας ζωή, έχετε εργαστεί ποτέ με δεδομένα τηλεπισκόπησης; -Με τι είδους σύνολα δεδομένων τηλεπισκόπισης έχετε εργαστεί περισσότερο; -Έχετε εργαστεί ποτέ με προγράμματα παγκόσμιας ταξινόμησης κάλυψης γης όπως MCD12Q1-1 ή GlobCover (2009); -Εξετάζοντας αυτήν την εικόνα MCD12Q1-1, ποια είναι η γνώμη σας για το πως φαίνεται η Σιγκαπούρη σύμφωνα με αυτό το σύνολο δεδομένων; -Κατά τη γνώμη σας, πόσο πρόσφατες και ενημερωμένες εμφανίζονται αυτές οι ταξινομήσεις; -Πόσο συχνά πιστεύετε ότι αυτά τα δεδομένα πρέπει να αναβαθμίζονται; -Πώς θα χρησιμοποιούσατε μια τέτοια εικόνα; -Ποιες είναι οι συγκεκριμένες προκλήσεις της χρήσης δεδομένων τηλεπισκόπησης για τη Σιγκαπούρη; Οι ερωτηθέντες δεν συμμετείχαν στην έρευνα ευχρηστίας.

Σύστημα επισήμανσης και ταξινόμησης

Η URA είναι μία από τις κυριότερες κυβερνητικές υπηρεσίες που αναπτύσσουν τα σχέδια χρήσης γης για το νησί. Η URA παρέχει ένα ενημερωμένο σχέδιο χρήσης γης για τη χώρα κάθε 10-15 χρόνια. Τα σχέδια αυτά είναι ανοιχτά και προσβάσιμα στον ιστότοπό της. Ορισμένες από τις κατηγορίες που απαριθμούνται στα σχέδια αυτά είναι οικιστικά, εμπορικά, επιχειρηματικά πάρκα και χώροι μεταφοράς. Εκτός από την επικύρωση της μελέτης ευχρηστίας, προτείνουμε μια ιεραρχική δομή επισήμανσης που χωρίζει τη Σιγκαπούρη σε κατηγορίες γης που προέρχονται από το σχέδιο URA και μπορούν να ενσωματωθούν στο MCD12Q1-1. Λόγω του εξαιρετικά αστικοποιημένου τοπίου της Σιγκαπούρης, ξεκινήσαμε με δύο ευρείες κατηγορίες: το Urban και το Non-Urban. Εξακολουθούμε να διαιρούμε το "Urban" σε κατοικημένη, κεντρική επιχειρηματική περιοχή (CBD) και σε αμυντικές περιοχές (π.χ. στρατιωτικές ζώνες). Η κατηγορία "Non-Urban" περιλαμβάνει εθνικά πάρκα (πρωτογενή δάση και υγρότοπους) και υδάτινα σώματα (Εικόνα 2).

Αξιολόγηση της ακρίβειας του MCD12Q1-1 για τη Σιγκαπούρη χρησιμοποιώντας απεικόνιση εδάφους (ground truth imagery)

Μια αξιολόγηση ακρίβειας μπορεί να οριστεί ως η διαδικασία ελέγχου του βαθμού συμφωνίας μεταξύ ενός ταξινομημένου χάρτη και της αλήθειας εδάφους. Με τη διαθεσιμότητα πολυάριθμων παγκόσμιων ταξινομήσεων κάλυψης γης, όπως οι MCD12Q1-1, GlobCover (2009) και GLC2000, έγιναν προσπάθειες επικύρωσης για την αξιολόγηση της θεματικής τους ακρίβειας σε παγκόσμιο και περιφερειακό επίπεδο. Οι μελέτες αυτές αντιμετωπίζουν τις υφιστάμενες προκλήσεις όσον αφορά τη χρήση γης και τη χαρτογράφηση κάλυψης γης. Προκλήσεις όπως ασυνέπειες στους ορισμούς των κατηγοριών γης, σύγκριση παλαιών πληροφοριών από διαφορετικά συστήματα ταξινόμησης και λάθη που προκύπτουν λόγω των διαφορετικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τη συλλογή τηλεπισκοπικών δεδομένων. Τα δεδομένα εδάφους που χρησιμοποιούνται στις εκτιμήσεις ακρίβειας μπορεί να έχουν τη μορφή δεδομένων πεδίου ή δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης. Για τη διαδικασία επικύρωσής, ελήφθησαν εικόνες Satellite Pour l'Observation de la Terre (SPOT-5) για τη Σιγκαπούρη (Εικόνα 3). Η χωρική ανάλυση της εικόνας είναι 10m στις τέσσερις φασματικές ζώνες, δηλαδή η ζώνη 1 (πράσινη: 0,50-0,59 μm), η ζώνη 2 (κόκκινη: 0,61-0,68 μm), η ζώνη 3 (κοντά στο υπέρυθρο: 0,78-0,89 μm) , και ζώνη 4 (υπερύθρων βραχέων κυμάτων: 1,58-1,75 μm).

Το αρχικό βήμα για την εκτίμηση της ακρίβειας είναι να αποφασιστεί η στρατηγική δειγματοληψίας για τα σημεία επικύρωσης. Ορισμένες κοινές μέθοδοι δειγματοληψίας που χρησιμοποιούνται είναι: απλή τυχαία δειγματοληψία, στρωματοποιημένη τυχαία δειγματοληψία, συστηματική τυχαία δειγματοληψία και δειγματοληψία συμπλεγμάτων Όλες οι τεχνικές δειγματοληψίας περιέχουν ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Για παράδειγμα, η απλή τυχαία δειγματοληψία αυξάνει την πιθανότητα απώλειας σε μικρότερες σε έκταση κατηγορίες γης, ενώ η συστηματική τυχαία δειγματοληψία θα μπορούσε να εισαγάγει μια προκαταρκτική δειγματοληψία στη διαδικασία καθώς τα δείγματα επιλέγονται με προηγούμενη γνώση της κατηγορίας γης. Έτσι, για την επικύρωσή μας, η στρωματοποιημένη τυχαία δειγματοληψία ήταν η καλύτερη εφαρμογή. Η μέθοδος αυτή επιλέγει τον αριθμό των δειγμάτων ανάλογα με το μέγεθος της ταξινομημένης κατηγορίας κάλυψης γης. Για παράδειγμα, οι κατηγορίες Νερό και Αστική / Δομημένη Γη είναι σε αφθονία για τη Σιγκαπούρη, έτσι ο αλγόριθμος αποδίδει τις μεγαλύτερες και τις δεύτερες μεγαλύτερες ομάδες δείγματος επικύρωσης σε αυτές τις κατηγορίες, αντίστοιχα. Για το μη σταθμισμένο στρωματοποιημένο δείγμα ή το εξισωμένο στρωματοποιημένο δείγμα, σε κάθε κατηγορία στην ανάλυση αποδόθηκαν 100 μονάδες. Η επικύρωση πραγματοποιείται αρχικά για όλες τις 17 τάξεις κάλυψης εδάφους IGBP του προϊόντος MCD12Q1-1, χρησιμοποιώντας τη σταθμισμένη διαστρωματική δειγματοληψία. Ακολουθεί η αξιολόγηση ακρίβειας μόνο των πιο συχνά εμφανιζόμενων κατηγοριών κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης μας, συγκεκριμένα, Αστικά / Οικοδομικά, Αειθαλή Δάση Πλατύφυλλων, Μόνιμοι Υγρότοποι και Νερό, χρησιμοποιώντας τόσο σταθμισμένη όσο και μη σταθμισμένη στρωματοποιημένη δειγματοληψία. Δεν επαναλάβαμε μια εξισωμένη στρωματοποιημένη δειγματοληψία για τις 17 κατηγορίες IGBP. Η πλειοψηφία των κατηγοριών γης περιέχει μόνο 1-5 εικονοστοιχεία στη Σιγκαπούρη, έτσι δεν μπορούσαμε να αποκτήσουμε έναν κατάλληλο αριθμό δειγμάτων για τη διαδικασία. Μέσω της διατύπωσης ενός πίνακα σφαλμάτων, αξιολογούμε τα ακόλουθα στατιστικά στοιχεία για την ακρίβεια της ταξινόμησης IGBP της Σιγκαπούρης: -Συνολική ακρίβεια: (Αριθμός σωστά ταξινομημένων εικονοστοιχείων) / (Σύνολο εικονοστοιχείων στην αξιολόγηση). -Ακρίβεια του παραγωγού: Η πιθανότητα να ταξινομηθεί ορθά ένα εικονοστοιχείο αλήθειας εδάφους: P.A. (Class i)=ki,j/ki όπου ki,j είναι το διαγώνιο στοιχείο του πίνακα για την κατηγορία i, και ki είναι το άθροισμα των εικονοστοιχείων για την κατηγορία i στην εικόνα αναφοράς. -Ακρίβεια χρήστη: Η πιθανότητα ενός εικονοστοιχείου στον ταξινομημένο χάρτη μας να ανήκει στη σωστή κατηγορία: U.A. (Class i)=ki,j/ki όπου ki,j είναι το διαγώνιο στοιχείο του πίνακα για την κατηγορία i, και ki είναι το άθροισμα των εικονοστοιχείων για την κατηγορία i στην ταξινομημένη εικόνα. - Μέτρηση δείκτη Kappa για την πρόβλεψη μεταξύ ενός χάρτη "αλήθειας εδάφους" και οποιουδήποτε εναλλακτικού χάρτη. Αυτό εξάγει την πιθανότητα η πραγματική συμφωνία να είναι καλύτερη από την αναμενόμενη συμφωνία λόγω τυχαίας πιθανότητας. Για παράδειγμα, ένας δείκτης Kappa 0,45 δείχνει ότι η συνολική συμφωνία (από την εξίσωση συνολικής ακρίβειας) είναι 45% καλύτερη από τη συμφωνία λόγω τυχαίας πιθανότητας.

Συμπεράσματα

Η έρευνα αυτή βοηθά τους χρήστες να κατανοήσουν ένα σύνολο δεδομένων παγκόσμιας κλίμακας στο πλαίσιο μιας περιοχής η οποία, στην περίπτωσή μας, είναι η Σιγκαπούρη. Διαπιστώνουμε ότι στην περίπτωση μιας ταξινόμησης παγκόσμιας κλίμακας, οι μικρότερες χώρες συχνά δεν επαρκούν για να ταξινομηθούν πλήρως και με ακρίβεια. Σε ένα αστικό περιβάλλον, όπως η Σιγκαπούρη, δεν υπήρξε μετατροπή της γης σε μορφή αποψίλωσης για πολλά χρόνια. Ωστόσο, οι δραστηριότητες βυθοκόρησης για την αποκατάσταση της γης οδήγησαν σε μια συνεχώς μεταβαλλόμενη συνοριακή χώρα, η οποία εντάθηκε από το 2004, με την ανάπτυξη της βιομηχανικής ζώνης Tuas στο νοτιοδυτικό τμήμα του νησιού. Οι κάτοχοι της έρευνας και οι συνεντευξιαζόμενοι αναδεικνύουν την ανάγκη για ένα ανοικτό και παγκοσμίως ενοποιημένο σύστημα ταξινόμησης γης για το νησιωτικό κράτος, το οποίο να περιέχει ενημερωμένες πληροφορίες για την κάλυψη γης για το νησί. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η βιομηχανική ζώνη Tuas και τα νησιά Jurong δεν μπορούσαν να παρατηρηθούν στο MCD12Q1-1 (Σχήμα S1) για το έτος 2008. Η έρευνα που πραγματοποιήθηκε επικεντρώνεται συγκεκριμένα στην προοπτική των χρηστών χαρτών κάλυψης γης και στις πληροφορίες που αντλούν από τα δεδομένα ταξινόμησης. Υπογραμμίζει ότι οι ευρείς ορισμοί κατηγοριών γης μπορούν να αποτελέσουν πηγή σύγχυσης για τους χρήστες και να αυξήσουν την πιθανότητα λανθασμένων ταξινομήσεων. Επιπλέον, η πρόσβαση στην λεπτομερή ορολογία κάθε κατηγορίας εδάφους IGBP δεν εμποδίζει την εσφαλμένη ταξινόμηση των τύπων κάλυψης γης, ειδικά σε εικόνες με μικτό τοπίο. Οι χρήστες και οι συνεντεύξεις υπογραμμίζουν την ανάγκη βελτίωσης του επιπέδου λεπτομέρειας των υφιστάμενων ορισμών της κάλυψης γης IGBP στο πλαίσιο της Σιγκαπούρης. Αυτό οφείλεται στην ιδιαίτερη φύση της αλλαγής της γης και των δραστηριοτήτων στη Σιγκαπούρη. Η επικύρωση του συνόλου δεδομένων MCD12Q1-1 έναντι των εικόνων εδάφους υποστηρίζει τη μελέτη χρηστών με την ποσοτικοποίηση των σφαλμάτων στο σύνολο δεδομένων. Τα στατιστικά στοιχεία που προέκυψαν από τις διαδικασίες επικύρωσης δίνουν συνολική ακρίβεια 62% και 71%. Τα στατιστικά στοιχεία χαμηλής ακρίβειας υπογραμμίζουν την πρόκληση της κλιμάκωσης των χωρικών πληροφοριών παγκόσμιας εμβέλειας στο MCD12Q1-1, παρά τις προσπάθειες να προ-φιλτραριστούν τα σφάλματα εστιάζοντας μόνο στις πιο συχνές κατηγορίες γης στην περιοχή μελέτης μας. Οι κατηγορίες αστικών / οικοδομημένων και μόνιμων υγροτόπων ενδέχεται να υποεκπροσωπούνται σε ένα παγκόσμιο πλαίσιο. Ωστόσο, αυτές οι κατηγορίες έχουν τη μεγαλύτερη σημασία για τους χρήστες του χάρτη MCD12Q1-1 που αξιολογούν τη Σιγκαπούρη και τις γειτονικές της περιοχές, καθώς αποτελούν τις συχνότερα εμφανιζόμενες κατηγορίες κάλυψης γης στη Νοτιοανατολική Ασία. Ως εκ τούτου, δεν είναι κατάλληλη η χρήση του MCD12Q1-1 για την ποσοτικοποίηση της έκτασης των κατηγοριών γης Urban / Built-Up και Permanent Wetlands για την περιοχή μελέτης μας. Ορισμένες από τις προκλήσεις που αντιμετωπίσαμε κατά τη διάρκεια της έρευνάς μας μπορούν επίσης να γίνουν αντιληπτές σε ένα ευρύτερο πλαίσιο. Μία από τις κύριες προκλήσεις ήταν η έλλειψη πρόσβασης σε ανοιχτά δεδομένα, ειδικά για την περιοχή μελέτης μας. Επομένως, ήταν επιτακτική η συμπερίληψη χρηστών και υπαλλήλων που εργάζονται με διαφορετικά είδη δεδομένων κάλυψης γης για να αποκτήσουμε περισσότερες πληροφορίες. Ένας περιορισμός της αξιολόγησης της ακρίβειας είναι η έλλειψη πληροφοριών σχετικά με τη φάση της κατάρτισης του συνόλου δεδομένων MCD12Q1. Έτσι, τα σφάλματα που ενδέχεται να έχουν επηρεάσει τη φάση ανάπτυξης του συνόλου δεδομένων θα μπορούσαν να επηρεάσουν την επικύρωση. Επί του παρόντος, η έρευνα στη Σιγκαπούρη εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από δεδομένα φορέα (π.χ. οικοδόμηση αποτυπώσεων, δρόμων, πάρκων) από το SLA για την παρακολούθηση της επέκτασης των αστικών περιοχών. Είναι δύσκολο να εργαστούμε με δεδομένα φορέα όσον αφορά την ποσοτικοποίηση της αλλαγής της γης μέσα στα χωρικά πολύγωνα. Υπάρχει η δυνατότητα να δημιουργηθούν και να ενσωματωθούν περισσότερα στοιχεία τηλεπισκόπησης της Σιγκαπούρης με υπάρχουσες ανοικτές πληροφορίες κάλυψης γης σε παγκόσμιο επίπεδο (π.χ. MODIS, GlobCover LCCS), τα οποία θα χρησιμοποιούνται από την επιστημονική κοινότητα.

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]