Ολοκληρωμένη προσέγγιση για την ενημέρωση των κτηματολογικών χαρτών στο Πακιστάν με χρήση δορυφορικών δεδομένων
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος: An integrated approach for updating cadastral maps in Pakistan using satellite remote sensing data
Συγγραφείς: Zahir Ali, Arbind Tuladhar, Jaap Zevenbergen
Link Αρχικού Άρθρου: [1]
Εισαγωγή
Οι ελλείψεις που εντοπίζονται στην κτηματολογική βάση του κράτους του Πακιστάν χρήζουν απαραίτητη την αναβάθμιση και ενημέρωση των κτηματολογικών δεδομένων. Η εξέλιξη της τεχνολογίας στους τομείς της τηλεπισκόπησης, με σύγχρονες δορυφορικές εικόνες και του παγκόσμιου συστήματος εντοπισμού θέσης (GPS) οδήγησε στη βελτίωση της ποιότητας, της συντήρησης, του κόστους και της απόδοσης του συστήματος διαχείρισης της γης. Στο Πακιστάν για την απόκτηση κτηματολογικών δεδομένων και τον καθορισμό των ορίων των γεωτεμαχίων εφαρμόζονται τοπογραφικές μετρήσεις πεδίου οι οποίες καθίστανται ιδιαίτερα δύσκολες λόγω δυσμενών καιρικών συνθηκών που επικρατούν στις ορεινές περιοχές αλλά και της μεγάλης απαίτησης σε ανθρώπινο δυναμικό. Στο παρόν επιστημονικό άρθρο γίνεται μία ολοκληρωμένη προσέγγιση με χρήση δεδομένων gps και τηλεπισκοπικών εικόνων για την ενημέρωση των κτηματολογικών χαρτών και των ορίων των γεωτεμαχίων με αποτελεσματικό τρόπο σε μία πεδινή και μία ορεινή περιοχή του Πακιστάν.
Ισχύουσες κτηματολογικές μέθοδοι
Ένα σύστημα πληροφοριών γης αποτελείται από χωρικά (όρια, σχήμα και θέση ενός γεωτεμαχίου) και μη χωρικά δεδομένα (ιδιοκτησιακό καθεστώς, νομικό δικαίωμα). Όλα αυτά τα δεδομένα (χωρικά, μη χωρικά) συγκεντρώνονται σε μια μεγάλη βάση δεδομένων. Τα χωρικά δεδομένα, τα οποία αποτελούνται από γεωμετρικά δεδομένα για κάθε γεωτεμάχιο, συλλέγονται μέσω κτηματολογικής έρευνας. Τα αποτελέσματα της κτηματολογικής έρευνας είναι ξεχωριστές πληροφορίες για κάθε γεωτεμάχιο οι οποίες μαζί συνθέτουν ολοκληρωμένους κτηματολογικούς χάρτες. Οι ισχύουσες μέθοδοι δημιουργίας και ενημέρωσης κτηματολογίου χωρίζονται σε άμεσες και έμμεσες. Στην περίπτωση των άμεσων τεχνικών, τα γεωμετρικά στοιχεία καθώς και η θέση των γεωτεμαχίων μετρούνται με τοπογραφικά όργανα. Στην περίπτωση έμμεσων τεχνικών, χρησιμοποιούνται αεροφωτογραφίες ή εικόνες δορυφόρων για τον προσδιορισμό των ορίων των γεωτεμαχίων και στη συνέχεια την ψηφιοποίησή τους. Η κτηματολογική έρευνα ολοκληρώνεται με τρεις μεθόδους :
(α) επίγειες τοπογραφικές μέθοδοι
Οι επίγειες τοπογραφικές μέθοδοι γίνονται από ομάδες οι οποίες χρησιμοποιούν τοπογραφικές μεθόδους και όργανα. Τα πιο συνηθισμένα όργανα που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της θέσης είναι total stations και GPS. Οι επίγειες τοπογραφικές μέθοδοι είναι σχετικά ακριβείς καθώς οι περισσότεροι υπολογισμοί γίνονται στο πεδίο. Ωστόσο η μέθοδος αυτή είναι αρκετά χρονοβόρα και κοστοβόρα και απαιτεί την ύπαρξη καλά εκπαιδευμένου ανθρώπινου δυναμικού. Επομένως, απαιτείται η χρήση νέων τεχνολογιών για τη μείωση του χρόνου και του κόστους ολοκλήρωσης κτηματολογικών και χαρτογραφικών εργασιών για μια περιοχή.
(β) εναέριες τοπογραφικές μέθοδοι
Οι εναέριες μέθοδοι αποτύπωσης είναι μία καλή εναλλακτική στη θέση των επίγειων μεθόδων αποτύπωσης. Ωστόσο σε πολλές περιοχές υπάρχουν νομοθετικοί περιορισμοί στη λήψη εναέριων φωτογραφιών για στρατιωτικούς λόγους ασφαλείας. Επίσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές και κλιματικές συνθήκες. Το κόστος είναι πολύ υψηλό για την απόκτηση δεδομένων μέσω αεροφωτογραφιών και για το λόγο αυτό η χρήση δορυφορικών εικόνων καθίσταται πιο εφικτή για την εκτέλεση κτηματολογικών εργασιών. Οι δορυφορικές εικόνες δεν απαιτούν εναέριες αποστολές οι οποίες είναι αρκετά κοστοβόρες. Επιπλέον κάποιες δορυφορικές εικόνες καλύπτουν έκταση 100τ.χμ. στο έδαφος και είναι διαθέσιμες άμεσα σε σχέση με τις αεροφωτογραφίες οι οποίες χρειάζονται επεξεργασία κάποιων μηνών πριν την τελική χρήση τους. Συμπερασματικά η χαρτογράφηση μέσω δορυφορικών εικόνων είναι πιο οικονομική σε σχέση με τη χρήση αεροφωτογραφιών και μπορεί να θεωρηθεί μία ενδιαφέρουσα μέθοδος για την κάλυψη μεγάλων εκτάσεων αποτύπωσης.
(γ) χρήση δορυφορικών εικόνων
Οι τηλεπισκοπικές εικόνες αποτελούν ένα βασικό εργαλείο για πιο γρήγορη και οικονομική δημιουργία κτηματολογικών χαρτών σε σχέση με τις αεροφωτογραφίες. Η τηλεπισκόπηση επίσης παίζει σημαντικό ρόλο για την ενημέρωση των επίγειων δεδομένων. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα τις χρήσης των εικόνων της τηλεπισκόπησης είναι ότι παρέχουν πληροφορίες μιας περιοχής από το παρελθόν, που βοηθά στον εντοπισμό των αλλαγών που έχει υποστεί μία περιοχή, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν περιπτώσεις αμφισβήτησης ορίων. Στις περιπτώσεις αυτές η χρήση τηλεσκοπικών εικόνων μπορεί να αποτελέσει μία καλή εναλλακτική σε σχέση με τη χρήση κλασικών τοπογραφικών μεθόδων επίγειων μετρήσεων. Η επιλογή των διαφορετικών δορυφορικών εικόνων εξαρτάται από τον επιθυμητό βαθμό λεπτομέρειας, την ποιότητα των δεδομένων και την κατηγορία του εδάφους. Η χρήση δορυφορικών εικόνων είναι κατά 99% πιο οικονομική και 77% εξοικονόμησης χρόνου σε σχέση με τις κλασικές μεθόδους δημιουργίας χαρτών
Περιοχή μελέτης - συλλογή δεδομένων
Επιλέχθηκαν δύο διαφορετικές περιοχές μελέτης λόγω των ιδιαίτερων γεωγραφικών χαρακτηριστικών τους. Η zormandi είναι πεδινή περιοχή στο Πακιστάν, πυκνοκατοικημένη και με πολλά διαθέσιμα γεωτεμάχια. Η shalmani είναι ορεινή περιοχή με αρκετές δασικές εκτάσεις και αραιή κατανομή γεωτεμαχίων. Για τη συλλογή δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν α) ο Garmin eTrex δέκτης GPS για τη συλλογή σημείων ελέγχου εδάφους β) πανχρωματικές εικόνες υψηλής ανάλυσης ακρίβειας 0,6μ. και έγχρωμες εικόνες ακρίβειας 2,4μ. του δορυφόρου QuickBird με ημερομηνία λήψης 25/01/2006 και 28/05/2008 για τις περιοχές Shalmani και Zormandi αντίστοιχα, στερεοσκοπικές εικόνες του δορυφόρου SPOT-5 ακρίβειας 2,5μ. και ημερομηνία λήψης 13/06/2009, οι οποίες παραχωρήθηκαν δωρεάν από την εθνική υπηρεσία διαστήματος του Πακιστάν, για τη δημιουργία ψηφιακού μοντέλου εδάφους για την ορεινή περιοχή Shalmani γ) υφιστάμενοι κτηματολογικοί χάρτες των περιοχών μελέτης για τον εντοπισμό παλαιών ορόσημων και τον προσδιορισμό των ορίων των αγροτεμαχίων.
Μεθοδολογία
Συλλογή Σημείων Ελέγχου Εδάφους
Η συλλογή των σημείων ελέγχου εδάφους έγινε και για τις δύο περιοχές μελέτης με Garmin eTrex GPS. Στο σύνολο συλλέχθηκαν 23 σημεία στην περιοχή Zormandi και 12 σημεία στην περιοχή Shalmani. Τα σημεία καλύπτουν όλη την περιοχή μελέτης στη δορυφορική εικόνα, ώστε να μοιράζεται το σφάλμα σε όλη την έκταση της δορυφορικής εικόνας. Για την επιβεβαίωση της ακρίβειας των σημείων έγινε χρήση χαρτών κλίμακας 1:50000 των περιοχών μελέτης καθώς επίσης και δορυφορικές εικόνες της Google. Τα σημεία ελέγχου χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία ψηφιακού μοντέλου εδάφους και ορθοφωτοχαρτών.
Τεχνικές Επεξεργασίας Εικόνας
Για τη βελτίωση της ποιότητας των εικόνων QuickBird, έγινε εφαρμογή τεχνικών επεξεργασίας εικόνας με δημιουργία ψηφιακού μοντέλου εδάφους, ορθοαναγωγή και σύμπτυξη. Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους δημιουργήθηκε με χρήση των στερεοσκοπικών εικόνων του δορυφόρου SPOT-5. Για τη δημιουργία του ακολούθησε ο προσδιορισμός του συστήματος συντεταγμένων (UTM Βόρεια Ζώνη 43, datum WGS84) που εφαρμόζεται στις περιοχές μελέτης. Στη συνέχεια έγινε η εισαγωγή των ανεπεξέργαστων δεδομένων. Εκτός από τα ανεπεξέργαστα δεδομένα έγινε ανάλυση των μεταδεδομένων τα οποία περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τον χρόνο λήψης, τη γεωμετρία του αισθητήρα και τη ραδιομετρική βαθμονόμηση. Μετά την ανάλυση των μεταδεδομένων ακολούθησε η συλλογή των σημείων ελέγχου στις στερεοσκοπικές εικόνες. Τα σημεία ελέγχου δημιουργούν μία γεωμετρική σχέση μεταξύ των εικόνων, του μοντέλου του αισθητήρα και του εδάφους. Στη συγκεκριμένη μελέτη έγινε συλλογή έξι σημείων ελέγχου και όχι περισσότερων λόγω του δύσβατου της ορεινής περιοχής. Στη συνέχεια έγινε επιλογή 24 σημείων σύνδεσης, για τη βελτίωση της συσχέτισης των δύο στερεοσκοπικών εικόνων. Τα σημεία σύνδεσης έχουν άγνωστες συντεταγμένες και χρησιμοποιούνται για τη βέλτιστη τοποθέτηση πολλών συσχετιζόμενων εικόνων. Μετά τη μέτρηση των σημείων ακολούθησε η μέθοδος του τριγωνισμού. Η διαδικασία αυτή έγινε με αφαίρεση και προσθήκη των σημείων σύνδεσης ώστε να επέλθει η μέγιστη ακρίβεια. Ακολούθησε η δημιουργία τρισδιάστατου μοντέλου εδάφους με τη χρήση αυτόματων τεχνικών. Για τη διαδικασία της ορθοαναγωγής της αρχικής εικόνας χρησιμοποιήθηκαν τα σημεία ελέγχου εδάφους και το ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Στη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν οι εικόνες HRSI του QuickBird δορυφόρου. Η ορθοαναγωγή των πανχρωματικών εικόνων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση των αρχείων RPC τα οποία δόθηκαν με τα αρχικά δεδομένα, τα σημεία ελέγχου εδάφους που συλλέχθηκαν μέσω GPS και το ψηφιακό μοντέλο εδάφους που δημιουργήθηκε από τις στερεοσκοπικές εικόνες του SPOT-5 δορυφόρου. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε είναι το LPS. Για τη βελτίωση της ευκρίνειας των εικόνων HRSI και τον προσδιορισμό μέσω αυτών των ορίων των γεωτεμαχίων, έγινε συγχώνευση της πανχρωματικής εικόνας του δορυφόρου QuickBird και της πολυφασματικής εικόνας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία εικόνων με φυσικά χρώματα. Η όλη διαδικασία ολοκληρώθηκε με τη χρήση του προγράμματος ERDAS Imagine v9.3. Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας αυτής οι εικόνες είναι έτοιμες για ψηφιοποίηση των ορίων των γεωτεμαχίων.
Προσδιορισμός των ορίων των γεωτεμαχίων με χρήση συστημάτων GIS
Μετά την ολοκλήρωση της προεπεξεργασίας των εικόνων έγινε η ψηφιοποίηση των ορίων των γεωτεμαχίων στην ορθοαναγμένη εικόνα QuickBird HRSI για τη δημιουργία των κτηματολογικών χαρτών. Στη συνέχεια ψηφιοποιήθηκαν μέσω του προγράμματος ArcGIS v9.3. Στην περιοχή Zormandi η διαδικασία ήταν αρκετά εύκολη λόγω του πεδινού της έκτασης. Τα όρια ψηφιοποιήθηκαν παρουσία των ιδιοκτητών. Για την περιοχή Shalmani η διαδικασία παρουσίασε μεγαλύτερες δυσκολίες λόγω του ορεινού της περιοχής. Το σχήμα και το μικρό μέγεθος των ιδιοκτησιών έκαναν δύσκολη τη διαδικασία εντοπισμού στις εικόνες HRSI. Επίσης η ευκρίνεια των εικόνων ήταν αρκετά μικρή λόγω του φαινομένου της σκέδασης και της επισκίασης σε αρκετά σημεία. Και για τις δύο περιοχές πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις στην περιοχή με φορητό υπολογιστή όπου οι ιδιοκτήτες, οι ενοικιαστές και οι τοπικές αρχές κλήθηκαν να προσδιορίσουν τα όρια των ιδιοκτησιών τους.
Συμπεράσματα
Η μελέτη εισάγει μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για την απόκτηση κτηματολογικών δεδομένων και την αντιστοίχιση των ορίων των αγροτεμαχίων με την ενσωμάτωση GPS δεδομένων, εικόνες RS και υπάρχοντες κτηματολογικούς χάρτες μέσω τεχνολογιών PGIS. Χρειάστηκαν έξι μέρες για την περιοχή Zormandi και τέσσερις ημέρες στο Shalmani για να ψηφιοποιηθούν τα όρια 96 και 38 των αγροτεμαχίων σε αυτές τις περιοχές αντίστοιχα. Η προσέγγιση αυτή παρέχει μία αποτελεσματική τεχνική για την ολοκλήρωση του κτηματολογίου σε μια χώρα όπως το Πακιστάν με λιγότερο χρόνο και κόστος. Διαπιστώθηκε ότι ο χρόνος μελέτης μπορεί να μειωθεί στο ένα τρίτο και απαιτείται μικρότερος αριθμός ανθρώπινου δυναμικού σε σχέση με την ισχύουσα τεχνική. Η συλλογή των σημείων ελέγχου εδάφους και η ορθοαναγωγή των εικόνων RS είναι τα βασικά στοιχεία αυτής της προσέγγισης καθώς αποτελούν τις πηγές για την εξαγωγή κτηματολογικών πληροφοριών. Οι κτηματολογικοί χάρτες που δημιουργούνται μέσω αυτής της τεχνικής μπορούν εύκολα να δημιουργηθούν, να ενημερωθούν και να ανακτηθούν σε λιγότερο χρόνο και κόστος.
