Μια αντικειμενοστραφής προσέγγιση για την ανίχνευση αλλαγών στον αστικό χώρο.
Από RemoteSensing Wiki
Μια αντικειμενοστραφής προσέγγιση για την ανίχνευση αλλαγών στον αστικό χώρο.
Η αστικοποίηση έχει σημαντικό αντίκτυπο στο φυσικό περιβάλλον και ο στρατηγικός και πολεοδομικός σχεδιασμός είναι το κυρίαρχο μέσο για την οργάνωση και προστασία του συνεχώς εναλλασόμενου αστικού περιβάλλοντος. Η χρήση και οι μέθοδοι της τηλεπισκόπησης συμβάλλουν στην υλοποίηση ολοκληρωμένων αστικών μελετών, ενώ οι ερευνήτες ασχολούνται με την αντικειμενοστραφή ανάλυση, και όχι με τις τεχνικές ταξινόμησης βάσει εικονοστοιχείων (pixel), για την παρακολούθηση των καλύψεων γης στον αστικό χώρο. Επιπρόσθετα, η χρήση δορυφορικών εικόνων διαφορετικής χρονολογίας λήψης αποτελούν μέσο για την καταγραφή και πρόβλεψη των αλλαγών στο αστικό περιβάλλον. Οι τεχνικές ανίχνευσης των αλλαγών χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τις μεθόδους προ-ταξινόμησης και μετά τη ταξινόμηση. Η πρώτη παρέχει πληροφορίες για την πιθανή χωρική αλλαγή, δίχως πληροφορίες για την αλλαγή στις καλύψεις γης, σε αντίθεση με τη δεύτερη μέθοδο, κατά την οποία πραγματοποιείται σύγκριση ταξινομημένων εικόνων ώστε να παρέχει λεπτομερείς πληροφορίες για τις αλλαγές των καλύψεων γης για κάθε αντικείμενο ή pixel.
Περιοχή μελέτης και δεδομένα
Η περιοχή μέλετης είναι το αστικό και περιαστικό περιβάλλον της Θεσσαλονίκης, λόγω της αυξανόμενης επέκτασης των προαστίων της πόλης. Στόχος της μελέτης είναι, μέσω τεχνικών αντικειμενοστραφούς ταξινόμησης, να γίνει καταγραφή των καλύψεων γης και ανίχνευση των αλλαγών τους από το έτος 2003 στο 2006.
Με το λογισμικό πακέτο Erdas Imagine 9.0., πραγματοποιήθηκε η σύγκριση δύο εικόνων, ύστερα από γεωμετρικές διορθώσεις και ταξινόμηση, μιας εικόνας Quickbird από τον Ιούλιο του 2003, και μια εικόνας Ikonos από τον Ιούλιο του 2006.
Μεθοδολογία
Το σημαντικότερο πλεονέκτημα της αντικειμενοστραφούς επεξεργασίας εικόνων, είναι η ομαδοποίηση γειτονικών pixel, σύμφωνα με τη χωρική και φασματική ομοιογένεια τους. Σημειώνεται, ότι ο στατιστικός θόρυβος στις διάφορες τάξεις καλύψεων γης αυξάνεται λόγω της φασματικής μεταβλητότητας των εικόνων υψηλής ανάλυσης, καθιστώντας απαραίτητη την εύρεση συμπληρωματικών πληροφορίων. Έτσι, χρησιμοποιείται ο κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης διαφοράς (NDVI) για τις περιοχές με βλάστηση. Το επόμενο βήμα της διαδικασίας ήταν η ανάλυση των εικόνων σε κύριες συνιστώσες (Principal Components Analysis- PCA), ώστε να επιτευχθεί η συμπίεση των δεδομένων των εικόνων. Στη παρούσα έρευνα οι πληροφορίες των τριών πρώτων συνιστωσών συνέβαλαν στον προσδιορισμό των τάξεων των χρήσεων γης. Η PC 2 οδήγησε στην ανίχνευση οικιστικών περιοχών και η PC 3 στην ανίχνευση του εδάφους και των στεγών από κεραμίδια. Ακόμη, οι δύο τελευταίες συνιστώσες χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία του δείκτη σκίασης (Shadow General Indicator= Blue band – PC 1). Αρχικά, ως εικόνα βάσης θεωρείται η εικόνα Quickbird (2003) ενώ ανιχνεύθηκαν και οι περιοχές με και χωρίς βλάστηση σύμφωνα με τέσσερα κανάλια, το δείκτη NDVI και τις PC1, PC2, PC3, δίνοντας τις αρχικές τάξεις των καλύψεων γης. Οι κατηγορίες καλύψεων γης που προέκυψαν ήταν οι εξής: πυκνή βλάστηση, αραιή βλάστηση, οι περιοχές χωρίς βλάστηση κατηγοριοποιήθηκαν ως σκιά, έδαφος και οικιστικές περιοχές, ενώ με τη χρήση της PC3 και το χαρακτηριστικό σχήματος “rectangular fit” προσδιορίστηκαν οι στέγες από κεραμίδι.
Ομοίως πραγματοποιήθηκε η ταξινόμηση της εικόνας Ikonos (2006) με τους ίδιους τύπους καλύψεων γης. Για την ανίχνευση των αλλαγών στις καλύψεις γης μεταξύ των δύο εικόνων, τα αντικείμενα των δύο ταξινομημένων εικόνων είχαν τα ίδια χωρικά όρια και οι αλλαγές στα αντικείμενα προσδιορίστηκαν με σημαντική ακρίβεια. Συγκρίνοντας τις νέες εικόνες, τα αντικείμενα που πλέον δεν ανήκουν στην ίδια τάξη-κατηγορία κάλυψης γης χαρακτηρίζονται ως αλλαγές της εκάστοτε κατηγορίας, όπως παρουσιάζονται στην εικόνα 1 με μωβ χρώμα.
Συμπεράσματα Έπειτα από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της ταξινόμησης, με τη χρήση είκοσι τυχαίων δειγμάτων για κάθε κατηγορία κάλυψης γης, τα στατιστικά ακρίβειας θεωρήθηκαν ικανοποιητικά (δεδομένου της έλλειψης στοιχείων κτηματολόγιου). Οι κατηγορίες γυμνό έδαφος και αραιή βλάστηση παρουσίασαν τις σημαντικότερες αλλαγές. Το 23% της οικιστικής περιοχής, το 2006, προκύπτει από τις δύο παραπάνω κατηγορίες, γεγονός που προδίδει την εξάλειψη των υπαίθριων χώρων στη περιοχή μελέτης (βλ. Διάγραμμα 1). Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την αστική εξάπλωση της πόλης της Θεσσαλονίκης, μέσω της εξάλειψης των υπαίθριων περιοχών και της μετατροπή τους σε οικιστικές περιοχές. Η διαδικασία που πραγματοποιήθηκε στη παρούσα έρευνα, μπορεί να λειτουργήσει ως εργαλείο για προβλέψεις αστικής ανάπτυξης και για μελέτες καλύψεων γης.
Πηγή: G. Doxani , S. Siachalou, M. Tsakiri- Strati (2008) An Object-Oriented Approach To Urban Land Cover Change Detection
Πρωτότυπο άρθρο εδώ: [1]
