Περιφερειακές εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στο αστικό περιβάλλον
Από RemoteSensing Wiki
Μια ανασκόπηση των περιφερειακών εφαρμογών της επιστήμης της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στο αστικό περιβάλλον
Πρότυπος τίτλος: A review of regional science applications of satellite remote sensing in urban settings
Συγγραφέας : Jorge E. Patino, Juan C. Duque
Η εργασία αυτή εξετάζει τις πιθανές εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την περιφερειακή επιστημονική έρευνα σε αστικές περιοχές. H περιφερειακή επιστήμη μελετά τα κοινωνικά προβλήματα που έχουν χωρική διάσταση.
Οι δυνατότητες της δορυφορικής τηλεπισκόπησης έχουν αυξηθεί σημαντικά τις τελευταίες δύο δεκαετίες, και τα δεδομένα αυτά αποτελούν μια χρήσιμη πηγή για τη χαρτογράφηση της σύνθεσης των αστικών ρυθμίσεων και την ανάλυση των αλλαγών με την πάροδο του χρόνου.
Η αυξανόμενη χωρική ανάλυση των εμπορικών δορυφορικών εικόνων έχει συντείνει στην δημιουργία νέων ερευνών και εφαρμογών της περιφερειακής επιστήμης σε αστικούς οικισμούς, διότι είναι πλέον δυνατός ο προσδιορισμός μεμονωμένων αντικειμένων του αστικού ιστού. Οι πιο κοινές εφαρμογές που βρέθηκαν στη βιβλιογραφία είναι ο προσδιορισμός της αστικής υποβάθμισης, η ποιότητα της εκτίμησης του δείκτη ζωής, η ανάλυση της αστικής ανάπτυξης, η εκτίμηση της αξίας των σπιτιών, η εκτίμηση του πληθυσμού των οικισμών και αξιολόγηση της αστικής κοινωνικής ευπάθειας.
Οι δορυφόροι τηλεπισκόπησης που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις εφαρμογές έχουν μεσαία, υψηλή ή πολύ υψηλή χωρική ανάλυση, όπως είναι οι εικόνες από Landsat MSS, Landsat TM και ETM +, SPOT, ASTER, IRS, Ikonos και QuickBird. Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των κοινωνικοοικονομικών μεταβλητών που προέρχονται από τις απογραφές και τις έρευνες πεδίου και μεταβλητών της κάλυψης και της βλάστησης, με τα δεδομένα τηλεπισκόπησης που έχουν προκύψει σε διάφορες πόλεις των ΗΠΑ. Διαφορετικές προσεγγίσεις και τεχνικές έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία σε όλο τον κόσμο, αλλά η τοπική έρευνα είναι απαραίτητη ώστε να καταγραφούν τα ιδιαίτερα στοιχεία του κάθε τόπου. Μικτή φασματική ανάλυση, αντικειμενοστραφείς ταξινομήσεις και η μέτρηση της υφής της εικόνας, είναι μερικές από τις τεχνικές επεξεργασίας της εικόνας που έχουν εφαρμοστεί με καλά αποτελέσματα.
Πολλοί επιστήμονες παραμένουν δύσπιστοι με το γεγονός ότι η δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορεί να παράξει χρήσιμες πληροφορίες στον τομέα της περιφερειακής επιστήμης. Είναι απαραίτητη περισσότερη τοπική έρευνα ώστε να αποδειχθούν οι πραγματικές δυνατότητες και η χρησιμότητα της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την περιφερειακή επιστήμη σε αστικά περιβάλλοντα.
Η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται για τη συλλογή πληροφοριών από μακρινά αντικείμενα με τη μέτρηση της ακτινοβολίας που αντανακλούν ή εκπέμπουν και ξεκίνησε με την ανάπτυξη της φωτογραφίας στις αρχές του 1800 από τον Louis Daguerre. Οι πρώτες αεροφωτογραφίες λήφθηκαν στη δεκαετία του 1860 από τον Felix Tournachon στη Γαλλία. Η τηλεπισκόπηση από το διάστημα ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1950 με το λανσάρισμα του πρώτου έξυπνου δορυφόρου. Μερικά χρόνια αργότερα ενεργοποιήθηκε ο πρώτος μετεωρολογικός δορυφόρος των ΗΠΑ, ενώ η παρατήρηση της γης από δορυφόρο ξεκίνησε μια δεκαετία αργότερα και είναι γνωστός ως Landsat. Αν και η αεροφωτογράφιση είχε χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για την αστική ανάλυση από τα τέλη της δεκαετίας του 1950, το επίκεντρο της απομακρυσμένης έρευνας έχει μετατοπιστεί στην Τηλεπισκόπιση λόγω των χαμηλότερων δαπανών και της αυξημένης συχνότητας ενημερώσεων των εικόνων.
Παρά το γεγονός ότι οι μεταβλητές που παρουσιάζουν ενδιαφέρον για την περιφερειακή επιστήμη δεν μετρώνται απευθείας από τον αέρα, η τηλεπισκόπηση μπορεί να μετρήσει το πλαίσιο των κοινωνικών φαινομένων και των επιπτώσεών τους στην επιφάνεια της γης. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά των δεδομένων της τηλεπισκόπησης όπως η ευρεία κάλυψη και επανάληψη του κύκλου, παρέχουν ένα μέσο για την εξερεύνηση και δοκιμάζει τα μοντέλα για τις αστικές περιοχές και για την κατασκευή νέων θεωριών που μπορούν να βοηθήσουν στην ανάλυση και την αντιμετώπιση από τους φορείς χάραξης πολιτικής των προβλημάτων.
Πολύ υψηλής χωρικής ανάλυσης δορυφορικές εικόνες έχουν δοκιμαστεί με επιτυχία σε πολλές πόλεις σε όλο τον κόσμο, και μπορεί να θεωρηθεί ότι η κατάσταση θα είναι παρόμοια και για άλλες πόλεις σε παρόμοιες γεωγραφικές συνθήκες.
Αναφορικά με την αξιολόγηση της ποιότητας ζωής, λαμβάνεται υπόψη ένας δείκτης σχετιζόμενος με κοινωνικές και οικονομικές πληροφορίες σχετικά με τους ανθρώπους, αλλά και πληροφορίες για το γεωγραφικό περιβάλλον και τις συνθήκες των αστικών περιοχών . Η αξιολόγηση της ποιότητας ζωής του αστικού πληθυσμού είναι σημαντική για την υποστήριξη λήψης αποφάσεων, της αειφόρου αστικής διαχείρισης και σχεδιασμού αλλά και για τη μέτρηση των αποτελεσμάτων της πολιτικής.
Διάφοροι δείκτες της ποιότητας ζωής όπως, η ποιότητα των κατοικιών, η ελκυστικότητα και ένας δείκτης κατοικίας υπολογίζονται χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεπισκόπησης από τον Landsat MSS, TM, ΕΤΜ +, και αισθητήρες SPOT και συμπληρωματικά δεδομένα από απογραφές και έρευνες σχετικά με το μέγεθος τη στέγαση και την αξία κατοικίας, την πυκνότητα του πληθυσμού, το εισόδημα και την εκπαίδευση.
Η εκτίμηση της αξίας ενός οικισμού με τηλεπισκόπηση έχει δοκιμασθεί σε πολλές πόλεις σε όλο τον κόσμο. Οι τιμές των κατοικιών υπολογίζονται χρησιμοποιώντας στοιχεία από Landsat MSS, TM, ETM + και αισθητήρες ASTER , η πιο σημαντική μεταβλητή για την πρόβλεψη της μέσης τιμής ενός σπιτιού μπορεί να είναι το μέγεθος ή ο αριθμός των δωματίων, όπως αυτά προκύπτουν από μια εικόνα Landsat MSS. Η κατανόηση του μεγέθους του πληθυσμού και της χωρικής κατανομής σε αστικές περιοχές είναι απαραίτητες για τις κοινωνικές, οικονομικές και περιβαλλοντικές εφαρμογές. Η χρήση της τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση του πληθυσμού που ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του 1950. Οι εκτιμήσεις για τον πληθυσμό σε περιφερειακή κλίμακα μπορεί να γίνουν μέσα από την ποσοτικοποίηση των αστικοποιημένων κατοικημένων περιοχών από δεδομένα τηλεπισκόπησης χρησιμοποιώντας στατιστικές σχέσεις με το συνολικό πληθυσμό του οικισμού.
Οι έννοιες του κινδύνου, της καταστροφής και της ευπάθειας, χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά και έχουν διαφορετικές επιπτώσεις σε διάφορους επιστημονικούς κλάδους. Ωστόσο, οι ερευνητές συμφωνούν σχετικά με τους ορισμούς των εννοιών της επικινδυνότητας, της τρωτότητας και των κινδύνων καθώς σχετίζονται με την εμφάνιση ενός φυσικού φαινομένου ή ενός γεγονότος που αποτελεί απειλή για την κοινωνία, ενώ ευπάθεια σχετίζεται με την ικανότητα της κοινωνίας να αντιμετωπίσει τις επιπτώσεις του κινδύνου. Κοινωνική ευπάθεια σε διάφορους τύπους των φυσικών καταστροφών έχει υπολογιστεί χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεπισκόπησης από τον Landsat TM, Quickbird, και πλατφόρμες Ikonos και συμπληρωματικά στοιχεία από τις απογραφές και έρευνες.
Η παρούσα μελέτη περιγράφει σημαντικά ερευνητικά θέματα της περιφερειακής επιστήμης και της τηλεπισκόπησης στο αστικό περιβάλλον: τις σχέσεις μεταξύ της κάλυψης της γης και των κοινωνικοοικονομικών μεταβλητών, την αστική ποιότητα ζωής, την εκτίμηση της αξίας των κατοικιών. Αναλύει την αστική ανάπτυξη, την εκτίμηση του πληθυσμού και την αστική αξιολόγηση της κοινωνικής ευπάθειας.
Στον τομέα της υγείας η τηλεπισκόπηση μπορεί να λειτουργήσει σε περιφερειακή κλίμακα και να ανιχνεύσει τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επηρεάζουν την εξάπλωση μιας νόσου. Η σύνδεση κοινωνικοοικονομικών και δημογραφικών πληροφοριών από έρευνες πεδίου με δεδομένα τηλεπισκόπησης και εμπειρικών μετρήσεων, σε ανάλογα μοντέλα έχει ως αποτέλεσμα πολλές επιτυχείς προσεγγίσεις. Οι ερευνητές έχουν βρει σχέσεις μεταξύ των περιβαλλοντικών παραγόντων που προέρχονται από τα δορυφορικά δεδομένα τηλεπισκόπησης και κοινωνικοοικονομικών μεταβλητές σε διάφορες πόλεις των ΗΠΑ. Αντικειμενοστραφής ταξινόμηση εικόνων, μέτρημα της υφής της εικόνας και χωρικές μετρήσεις έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία για τον φτωχογειτονιών. Η υπόθεση στην οποία βασίζονται αυτά τα ευρήματα υποστηρίζει ότι τα πάντα έχουν σχέση μεταξύ τους, αλλά τα κοντινά πράγματα είναι πιο σχετικά από τα μακρινά πράγματα (Tobler, 1970), όπως επίσης και η τάση αυτοδιαχωρισμού των κοινωνικών ομάδων σε αστικά περιβάλλοντα μεταξύ άλλων θεμάτων και ανάλογα με την οικονομική τους κατάσταση.
Πρέπει να δοθεί προσοχή στο γεγονός ότι τα ευρήματα για μια πόλη μπορεί να σημαίνουν ακριβώς το αντίθετο για κάποια άλλη πόλη, ακόμη και στην ίδια χώρα π.χ., η ποσότητα της βλάστησης στο Ντιτρόιτ, Μίσιγκαν, είναι ένας δείκτης της φθοράς, ενώ η βλάστηση συσχετίζεται θετικά με την αξία των ακινήτων και το μορφωτικό επίπεδο στο Ντένβερ, Κολοράντο και το Φοίνιξ, Αριζόνα, μεταξύ άλλων πόλεων. Η αστική αναπτυξιακή δυναμική και η άναρχη δόμηση μπορούν να αξιολογηθούν με τη χρήση δορυφορικών τηλεπισκοπικών δεδομένων.
Κατασκευαστές και οι πολεοδόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα αποτελέσματα της έρευνας για την καλύτερη κατανόηση των τάσεων αστικής ανάπτυξης στις πόλεις τους και να προγραμματίσουν καλύτερα τη μελλοντική ανάπτυξη.
Οι δημογράφοι και άλλοι περιφερειακοί επιστήμονες μπορούν επίσης να επωφεληθούν από τη χρήση δορυφορικών τηλεπισκοπικών δεδομένων για την εκτίμηση μέτρησης του πληθυσμού στους αστικούς οικισμούς όπου δεν είναι διαθέσιμες λεπτομερείς πληροφορίες (Liu et al., 2006). Οι οικονομολόγοι θα μπορούσαν επίσης να επωφεληθούν από τα δεδομένα της τηλεπισκόπησης σε μοντέλα αστικής αγορά κατοικίας, αφού λάβουν υπόψη περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τις αξίες των ακινήτων, χρησιμοποιώντας δεδομένα της μορφολογίας που προέρχονται από τηλεπισκόπηση.
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση προσφέρει ένα γρήγορο και αξιόπιστο τρόπο για να αντλήσει χρήσιμες πληροφορίες για την αξιολόγηση της κοινωνικής ευπάθειας (Taubenböck et al., 2008, Ebert et al., 2007, Ebert et al., 2009, Rashed & Weeks, 2003a, Rashed et al., 2007.
Περαιτέρω έρευνες σε πόλεις με διαφορετικά περιβάλλοντα είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη ενός ισχυρού πλαισίου στο οποίο εφαρμόζονται τα μέτρα που λαμβάνονται, ενώ η τηλεπισκόπηση μπορεί να διαδραματίσει ηγετικό ρόλο στην αξιολόγηση της κοινωνικής ευπάθειας σε φυσικές καταστροφές.
Η παρούσα μελέτη δείχνει ότι, με εξαίρεση την ανάλυση αστικής ανάπτυξης, λίγη έρευνα έχει γίνει στην τηλεπισκόπηση για την ανάλυση της δυναμικής του χωροχρόνου. Για παράδειγμα, οι χωροχρονικές διακυμάνσεις στην ποιότητα του δείκτη ζωής πριν και μετά από τις δημόσιες επενδύσεις σε δημόσιους χώρους και άλλες αστικές υπηρεσίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να αξιολογηθεί κατά πόσον οι κυβερνητικές δράσεις έχουν τα αναμενόμενα αποτελέσματα. Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής και οι πολεοδόμοι θα μπορούσαν να επωφεληθούν.
Θέματα κατοικίας, η υποβάθμιση και η ευπάθεια σε φυσικούς κινδύνους στις αστικές περιοχές, μπορούν μέσω της τηλεπισκόπισης να βελτιωθούν και να διατεθούν πόροι εκεί όπου χρειάζονται περισσότερο.
Δεδομένα της τηλεπισκόπησης έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε όλες τις προαναφερθείσες περιοχές έρευνας, αλλά ορισμένοι επιστήμονες παραμένουν επιφυλακτικοί σχετικά με τη χρήση τηλεπισκόπησης ώστε να αντλήσουν πληροφορίες για την εργασία τους.
