Μια περιπτωσιολογική μελέτη για τη σχέση σχεδιασμού πόλης και αστικής εξάπλωσης με τη χρήση της τηλεπισκόπησης και των χωρικών μετρήσεων.
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο Εφαρμογής: Αστική Εξάπλωση και Πολεοδομικός Σχεδιασμός
Πρωτότυπος Τίτλος: «A case study on the relation between city planning and urban growth using remote sensing and spatial metrics»
Συγγραφείς: Hai Minh Pham, Yasushi Yamaguchi (Department of Earth and Environmental Sciences, Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University, Japan), Thanh Quang Bui (Department of Geography, Hanoi University of Science, Viet Nam National University, Viet Nam)
Πηγή: Περιοδικό Landscape and Urban Planning, vol. 100, Issue 3, April 2011, Pages 223–230 [1]
Λέξεις Κλειδιά: πολεοδομικός σχεδιασμός, αστική εξάπλωση, τηλεπισκόπηση
Περίληψη: Για την καλύτερη παρακολούθηση των αλλαγών στο αστικό περιβάλλον με την πάροδο του χρόνου απαραίτητη προϋπόθεση είναι η κατανόηση της αλλαγής των τύπων της αστικής εξάπλωσης. Ο στόχος της μελέτης αυτής είναι να διερευνήσει το συνδυασμό τηλεπισκόπησης και χωρικών μετρήσεων για την παρακολούθηση τόσο της αστικοποίησης όσο και της σχέσης μεταξύ αστικοποίησης και σχεδιασμού χρήσεων γης. Οι περιοχές μελέτης , οι οποίες είναι οι Hanoi, Hardford, Nagoya και Shangai, μελετήθηκαν με τη χρήση δεδομένων Landsat και ASTER κατά τη χρονική περίοδο 1975-2003. Χρησιμοποιήθηκε ένα πρόγραμμα με βάση τη PLADJ χωρική μετρική, ώστε να παραχθούν χάρτες αστικής εξάπλωσης. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε το FRAGSTATS για την αξιολόγησης των χαρακτηριστικών της αστικής σύνθεσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το αστικό κέντρο της Nagoya μεταβλήθηκε ελάχιστα με την πάροδο του χρόνου. Στη Sangai, πόλη με υψηλή πληθυσμιακή πυκνότητα, δημιουργήθηκε ένα σύστημα δορυφορικών πόλεων για να απορροφήσουν τη μελλοντική προαστιακή ανάπτυξη. Στο Hartford απαντάται το πρότυπο της αστικής διάχυσης με υψηλή συγκέντρωση κατοικίας στα προάστια. Αντίθετα, οι νέες αστικές περιοχές της πόλης Hanoi αναπτύχθηκαν κατά μήκος των μεγάλων οδικών αξόνων, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός πρωτότυπου μοντέλου ανάπτυξης.
Εισαγωγή: Μελέτες δείχνουν πως το έτος 2030, ο αριθμός των κατοίκων των πόλεων θα αποτελεί περίπου το 60% του παγκόσμιου πληθυσμού. Η Αστικοποίηση ορίζεται ως το σύνολο των αλλαγών που συμβαίνουν στα χωρικά και κοινωνικοοικονομικά δεδομένα μιας περιοχής, όπως το γενικό μετασχηματισμό των κατηγοριών χρήσεων/κάλυψης γης από μη αναπτυγμένες σε ανεπτυγμένες.
Ο σχεδιασμός και η διαχείριση του αστικού χώρου εξαρτάται από τη γνώση των υποκείμενων σε συνδυασμό με τη χρονολογία και τις επιπτώσεις της αστικοποίησης. Οι πολεοδόμοι, οι Οικονομολόγοι και οι Περιβαλλοντολόγοι χρειάζονται προηγμένες μεθόδους και μια σφαιρική γνώση των αστικών περιοχών της δικαιοδοσίας τους ώστε να πάρουν τις αποφάσεις που χρειάζεται για να οδηγήσουν την περιοχή σε ανάπτυξη μέσα σε ένα ταχέως μεταβαλλόμενο αστικό περιβάλλον. Η τηλεπισκόπηση παρέχει συνεχή κάλυψη μεγάλων περιοχών με υψηλή χωρική λεπτομέρεια και χρονική συχνότητα, πράγμα πολύ χρήσιμο όταν πρόκειται για τη μελέτη ενός φαινομένου στο χρόνο. Επιπλέον, τα δεδομένα τηλεπισκόπησης είναι χρήσιμα για την παρακολούθηση της αλλαγής χρήσης γης μιας περιοχής, ιδίως εκεί όπου οι πληροφορίες για αυτή είναι ανεπαρκείς.
Από την άλλη πλευρά, οι χωρικές μετρήσεις είναι μετρήσεις που προέρχονται από την ψηφιακή ανάλυση θεματικών χαρτών με σκοπό να καταδείξουν τη χωρική ετερογένεια σε μια συγκεκριμένη κλίμακα και ανάλυση. Οι αναλύσεις αυτές παρέχουν ποσοτικό χαρακτηρισμό της χωρικής σύνθεσης και διαμόρφωσης του οικοτόπου ή των τύπων κάλυψης γης, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για των εντοπισμό αλλαγών στη μορφή του τοπίου, στο πέρασμα του χρόνου. Ο συνδυασμός της τηλεπισκόπησης και των χωρικών μετρήσεις μπορούν να παρέχουν χωρικά συνεκτικές και λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την αστική δομή και τη μεταβολή της, επιτρέποντας πιο ακριβή αναπαράσταση και κατανόηση των διαδικασιών της αστικής ανάπτυξης.
Ο στόχος αυτής της μελέτης είναι να επιβεβαιώσει την εφαρμογή των χωρικών μετρήσεις για τον χαρακτηρισμό της αστικοποίηση στις πόλεις του Hanoi (Βιετνάμ), Nagoya (Ιαπωνία), Hartford (Connecticut, USA), και Shanghai (Κίνα). Οι πόλεις Nagoya, Hartford και Shanghai επιλέχθηκαν για τους εξής λόγους: Πρώτον, η μελέτη θέλησε να συγκρίνει την αστική αλλαγή του Hanoi και άλλων πόλεων σε διαφορετικές χώρες. Δεύτερον, οι αστικές αυτές περιοχές αναπτύχθηκαν πολύ γρήγορα κατά την ίδια περίοδο 1975-2003. Τέλος, οι περιοχές μελέτης είναι παρόμοιες από άποψη τοπογραφίας, καθώς ποτάμια διέρχονται από αυτές και τις χωρίζουν στη μέση.
Οι χάρτες κάλυψης γης για τις τέσσερις πόλεις, προέρχονται από δορυφορικές εικόνες και χρησιμοποίησαν τις μεθόδους ταξινόμησης των Pham και Yamaguchi. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε η μέθοδος της γειτνίασης "ποσοστό της πιθανότητας γειτνίασης παρόμοιων στοιχείων" (PLADJ) η οποία χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για την ποσοτικοποίηση του αστικού κατακερματισμού και τη δημιουργία μοτίβο αστικής μεταβολής. Για τη διαδικασία αυτή χρησιμοποιήθηκε το στατιστικό πρόγραμμα FRAGSTATS. Τέλος, οι χάρτες που απεικονίζουν το μοτίβο αστικής μεταβολής, όπως επίσης και τα αποτελέσματα του FRAGSTATS χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση της αστικής ανάπτυξης στο πλαίσιο του πολεοδομικού σχεδιασμού. Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής αναμένεται να βοηθήσουν τους αρμόδιους φορείς στην κατανόηση της αστικής δυναμικής, και με τον τρόπο αυτό, να βάλλουν τα θεμέλια για μια βιώσιμη ανάπτυξη.
Περιοχή Μελέτης: Η Hanoi είναι η πρωτεύουσα της Σοσιαλιστικής Δημοκρατίας του Βιετνάμ, μια αρχαία πόλη τοποθετημένη κατά μήκος του Κόκκινου Ποταμού. Αρχικά είχε σχεδιαστεί σαν κάνναβος, με μικρά σπίτια κατά μήκος στενών δρόμων. Το 2005, η Hanoi καταλάμβανε 921 km2, και ο πληθυσμός έφτανε τα 3.3 εκατομμύρια. Πρόσφατα, η υψηλή πληθυσμιακή πυκνότητα στο κέντρο της πόλης έχει τραβήξει την προσοχή διότι ασκεί μεγάλες πιέσεις στη διαθέσιμη γη.
Η πόλη Nagoya είναι ένα ενεργό οικονομικό κέντρο της Ιαπωνίας με υψηλή συγκέντρωση μεταποιητικών βιομηχανιών. Η αστική ανάπτυξη της πόλης εντοπίζεται κυρίως στην εξάπλωση των προαστίων, μοιάζοντας περισσότερο με πόλη του δυτικού κόσμου παρά Γιαπωνέζικη.
Η πόλη Greater Hardford, είναι τοποθετημένη πλάι στον ποταμό Connecticut και ο πληθυσμός της ανέρχεται στα 2 εκατομμύρια. Η ταχεία κατασκευή μεγάλων αυτοκινητοδρόμων τη δεκαετία του '50 καθώς και η συγκέντρωση ασφαλιστικών εταιρειών είχαν σοβαρές επιδράσεις στην ανάπτυξη της πόλης.
Τέλος, η Shanghai, με πληθυσμό που ξεπερνά τα 17 εκατομμύρια, εκτείνεται κατά μήκος του ποταμού Yangtze. Η οικονομική άνθηση της δεκαετίας του '80 έφερε αύξηση των πυκνοτήτων στην πόλη όπως επίσης και περιβαλλοντική μόλυνση.
Μεθοδολογία: Στα πλαίσια της μελέτης αυτής, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα μεσαίας χωρικής ανάλυσης (ASTER 15μ. και Landsat 30 μ.) και στη συνέχεια τροποποιήθηκαν όλα σε δεδομένα χωρικής ανάλυσης 15μ. Αυτό συνέβη εξ' αιτίας του μέσου μεγέθους κατοικιών, που για τις πόλεις Hanoi, Nagoya και Shanghai είναι περίπου όσο ένα εικονοστοιχείο, δηλαδή περίπου 15μ.
Δυστυχώς, δεδομένα ASTER και Landsat του μεγέθους αυτού παρουσιάζουν το φαινόμενου του "μικτού εικονοστοιχείου" που ανιχνεύεται κυρίως στα όρια των αστικών περιοχών. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στη συνύπαρξη τριών στοιχείων σε ένα εικονοστοιχείο, τα οποία είναι αστική γη, βλάστηση και νερό. Για την επίλυση του προβλήματος εφαρμόστηκε η μέθοδος επιβλεπόμενης ταξινόμησης μέγιστης πιθανοφάνειας των Pham και Yamaguchi. Αυτή η μέθοδος ταξινόμησης είναι αποτελεσματική επειδή συνδυάζει τα αποτελέσματα της ταξινόμησης της εικόνας, του δείκτη εδάφους, και της NIR συχνότητας για την ανίχνευση των αστικών περιοχών, ενώ ταυτόχρονα επιλύει το πρόβλημα του "μικτού εικονοστοιχείου".
Παρόλο που η μελέτη αυτή ενδιαφέρεται για την ποσοτική αξιολόγηση των χωρικών χαρακτηριστικών και αλλαγής προτύπων που συνδέονται με την αστικοποίηση, τα στοιχεία αυτά δεν μπορούν να εξαχθούν απευθείας από τα αποτελέσματα της ταξινόμησης. Κατά συνέπεια, η χωρική δομή των αστικών περιοχών αναφέρεται στη χωροταξική κατανομή των διακριτών αστικών περιοχών πάνω στον θεματικό χάρτη. Οι χωρικές μετρικές μπορούν να υπολογιστούν είτε ως δείκτες "κομματιών-patches" (π.χ. το μέγεθος, το σχήμα, το μήκος ακμής, η πυκνότητα, η κλασματική διάσταση) είτε ως δείκτες εικονοστοιχείων (π.χ. μόλυνση) που υπολογίζονται για όλα τα εικονοστοιχεία σε ένα patch. Ενα patch αναφέρεται σε μία ομοιογενή περιοχή μιας συγκεκριμένης χρήσης γης, όπως ένα πάρκο ή μια οικιστική ζώνη. Για τη μέτρηση του βαθμού συγκέντρωσης των διαφόρων τύπων patches, στη μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκε η PLADJ τεχνική μέτρησης που αναπτύχθηκε από τους O'Neill et al. για την ανάλυση των χαρτών αστικής εξάπλωσης. Στην Εικόνα 2 βλέπουμε ένα παράδειγμα των μετρήσεων PLADJ όπου απεικονίζεται η ετερογένεια των αστικών patches στη βόρεια Hanoi. Η εσωτερική ανεπτυγμένη περιοχή εμφανίζεται ομοιογενής (κίτρινο) και είναι το κέντρο της πόλης.
Για την απεικόνιση των σχεδίων αλλαγής με βάση τα αποτελέσματα της PLADJ μεθόδου, η μελέτη αυτή χρησιμοποίησε το σύστημα μετασχηματισμού που παρουσίασε πρώτος ο Forman. Γι' αυτή τη μέθοδο χρησιμοποιήθηκαν τρία πρότυπα αστικής ανάπτυξης: η πλήρωσης, η επέκταση και η απομάκρυνση. Το μοτίβο της συμπλήρωσης είναι όπως αυτό συναντάται στο εσωτερικό των ήδη ανεπτυγμένων περιοχών, ενώ το μοτίβο επέκτασης κυριαρχεί στα άκρα των πόλεων. Το πρότυπο απομάκρυνσης εμφανίζεται σε κάποια απόσταση από τις υπάρχουσες ανεπτυγμένες περιοχές. Το αποτέλεσμα είναι μια σειρά από χάρτες που απεικονίζουν τις αλλαγές στην αστική δομή των τεσσάρων πόλεων την περίοδο1975-2003, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.
Τέλος, στη μελέτη αυτή επιλέχθηκαν έξι κατηγορίες χωρικών μετρήσεων από το πρόγραμμα χωρικής ανάλυσης FRAGSTATS για την περιγραφή της σύνθεσης των αστικών περιοχών όπως αυτές φαίνονται στην Εικόνα 4. Αυτές είναι οι CA, NP, ED, LPI, MNN και AWMPFD. Η Εικόνα 5 δείχνει τη μεταβολή των μετρήσεων αυτών στις τέσσερις πόλεις κατά τη διάρκεια των 30 χρόνων της μελέτης.
Αποτελέσματα: Το πολεοδομικό σχέδιο χρήσης γης για τη Shanghai σχεδιάστηκε για να μετατρέψει την πόλη από μια μονοκεντρική σε μια πολυκεντρική μητρόπολη με σκοπό την αποκέντρωση του πληθυσμού και των οικονομικών δραστηριοτήτων. Κρίνοντας από την ελάχιστη αύξηση του δείκτη ΝΡ (Εικ. 5), η ανάπτυξη της πόλης κατά την περίοδο 1979-1989 χαρακτηρίστηκε από μέτρια αύξηση των αστικών patches. Παρόλο που η κεντρική αστική περιοχή μεταβλήθηκε αργά, υπήρξε μια ραγδαία αύξηση του μεγέθους των δορυφορικών πόλεων. Η παρατήρηση αυτή υποδηλώνει ότι, περιορίζοντας την ανάπτυξη των υφιστάμενων αστικών περιοχών, η κυβέρνηση προώθησε την ανάπτυξη των περιοχών στις παρυφές της πόλης. Επιπλέον, οι οδικοί άξονες μεταφορών που κατασκευάστηκαν για τη σύνδεση των δορυφορικών πόλεων στον αστικό πυρήνα την περίοδο 1989-2001 ήταν βασικός παράγοντας που συμβάλλει στην ταχεία επέκταση των αστικών περιοχών.
Στην πόλη Hartford, οι αστικές περιοχές που έχουν ταξινομηθεί σε ζώνες, όπως η κεντρική επιχειρηματική ζώνη (στο κεντρικό τμήμα της πόλης),η Μεταβατική Ζώνη, η ζώνη της Εργατικής Τάξης, η Οικιστική Ζώνη και η Μεταβατική Ζώνη. Η αστικοποίηση στην πόλη αυτή χαρακτηρίστηκε από την έντονη αστική ανάπτυξη προς τις δύο πλευρές του ποταμού Connecticut. H νέα αυτή αναπτυξιακή δραστηριότητα προέκυψε με τη μετατροπή της ανεκμετάλλευτης γης κατά μήκος της περιφέρειας της πόλης, κοντά στις μεγάλες οδικές αρτηρίες και μακριά από το κέντρο της πόλης.
Και οι τέσσερις από τις πόλεις που εξετάστηκαν στη μελέτη αυτή αναπτύσσονται κατά μήκος ενός ποταμού. Λόγω της έντονης διαφοράς των κοινωνικο-οικονομικών συνθηκών, η αστικοποίηση της πόλης Hanoi είναι σημαντικά διαφορετική από αυτή που παρατηρήθηκε στις πόλεις Hartford, Nagoya και Shanghai.
Συμπεράσματα: Ο συνδυασμός της τηλεπισκόπησης και των χωρικών μετρήσεων παρέχει μια καινούργια μέθοδο για την ανάλυση των αστικών προτύπων ανάπτυξης. Προηγούμενες μελέτες δορυφορικών δεδομένων με σκοπό την ανίχνευση των αστικών αλλαγών δεν αντιμετώπισαν το πρόβλημα των "μικτών εικονοστοιχείων", με αποτέλεσμα την απώλεια χωρικών πληροφοριών. Ωστόσο, σε αυτή τη μελέτη, η ακρίβεια της ταξινόμησης των αστικών περιοχών βελτιώθηκε με την εφαρμογή της μεθόδου ταξινόμησης των Pham και Yamaguchi. Χρησιμοποιώντας αυτά τα αποτελέσματα, δόθηκε η δυνατότητα να εξεταστούν οι μεταβολές της αστικής γης στις τέσσερις πόλεις κατά τη διάρκεια 30 ετών.
Τα αποτελέσματα δείχνουν τη σχέση μεταξύ αλλαγών των χωρικών μετρικών παραμέτρων και τύπων του πολεοδομικού σχεδιασμού. Ο συνδυασμός της τηλεπισκόπησης και των χωρικών μετρήσεις είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για τη μελέτη των αστικών μεταβολών.
Αναφορές:
Anderson, J.R., Hardy, E.E., Roach, T.J., Witmer, E.R., 1976. A land use and land cover classification system for use with remote sensing data. In: U.S. Geological Survey Professional Paper. 964, 36. USGS, Washington, DC.
Berg, L.M.V.D., Wijk, M.S.V., Pham, V.H., 2003. The transformation of agriculture and rural life downstream of Hanoi. Environ. Urban. 15, 35–52.
Cox, W., 2003. Nagoya: Emerging Japanese Urban form (accessed 10.11.09) http://www.demographia.com/rac-nagoya.pdf.
Deng, J.S., Wand, K., Hong, Y., Qi, J.G., 2009. Spatio-temporal dynamics and evolution of land use change and landscape pattern in response to rapid urbanization. Landscape Urban Plan. 92, 187–198.
Do, H., 2007. Urban planning in Hanoi city towards sustainable development. In: Paper Presented at International Workshop on Asian Approach Toward Sustainable Urban Regeneration , University of Japan, Japan.
Duong, N.D., Thoa, L.K., Hoan, N.T., Tuan, T.A., Thu, H.L., 2002. Study on urban growth of Hanoi using multi-temporal and multi-sensor remote sensing data. In: Paper Presented at Workshop on GIS-IDEAS 2002 Symposium , Hanoi, Vietnam. Forman, R.T.T., 1995. Land Mosaic: The Ecology of Landscapes and Regions. Cambridge University Press, Cambridge.
Haixiao, P., 2000. Shanghai from Dense Mono-center to Organic Poly-center Urban Expansion (accessed 15.11.09) http://enviroscope.iges.or.jp/modules/envirolib/.2005. Hanoi Statistical Yearbook. Hanoi Statistical Office Press, Data received on December 2007.
Henebry, G.M., Goodin, D.G., 2002. Landscape trajectory analysis: toward spatiotemporal models of biogeochemical fields for ecological forecasting. In: Paper Presented at Workshop on Spatio-temporal Data Models for Biogeophysical Fields , La Jolla, CA, USA (accessed 02.11.09) http://www.calmit.unl.edu/BDEI/papers/henebry goodin position.pdf.
Herold, M., Goldstein, C., Clarke, N.C.K., 2002. The spatial form of urban growth: measurement, analysis and modelling. Remote Sens. Environ. 86, 286–302. Hiep, 2009. The Most Expensive Road in Hanoi (accessed 05.06.09) http://www.laodong.com.vn.
Jensen, J.R., Cowen, D.C., 1999. Remote sensing of urban/suburban infrastructure and socio-economic attributes. Photogramm. Eng. Rem. Sens. 65, 611–622. Klosterman, R.E., 1999. TheWhatif? Collaborative planning support system. Environ. Plann. B 26, 393–408.
McGarigal, K., 2002. FRAGSTATS: Spatial Pattern Analysis Program for Categorical Maps (accessed 10.02.08) http://www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.html.
Noda, A., Yamaguchi, Y., 2008. Charactering urban sprawl using remote sensing, GIS and a spatial metric for a medium sized city in Japan. Int. J. Geoinform. 4, 43–50.
O’Neill, R.V., Krummel, J.R., Gardner, R.H., Sugihara, G., Jackson, B., Deangelis, D.L., Milne, B.T., Turner, M.G., Zygment, B., Christensen, S.W., Dale, V.H., Graham, R.L., 1998. Indices of landscape pattern. Landscape Ecol. 1, 153–162.
Pham, M.H., Yamaguchi, Y., 2007. Monitoring land cover change of the Hanoi city centre under impacts of urbanization by using remote sensing. Int. J. Geoinform. 3, 55–61.
Robson, B.T., 1969. Urban Analysis: A Study of City Structure with Spatial Reference to Sunderland. Cambridge University Press, Cambridge.
Saizen, I., Mizuno, K., Kobayashi, S., 2006. Effects of land-use master plans in the metropolitan fringe of Japan. Landscape Urban Plan. 78, 411–421.
Waibel, M., 1995. Drawn and quartered–Hanoi’s ancient centre is feeling the pressure from outside and in, So what can architects and officials do to stop the rot?Vietnam Econ. Times., 24–25.
Weber, C., 2001. Remote sensing data used for urban agglomeration delimitation. Remote Sens. Urban Anal., 155–167.
Yamagata, Y., Sugita, S., Yasuoka, Y., 1997. Development of Vegetation-Soil-Water index algorithms and applications. J. Remote Sens. Soc. Jpn. 17, 54–64.
