Πολεοδομική τηλεπισκόπηση: Πώς μπορεί η παρατήρησης της γης να υποστηρίξει τη βιώσιμη ανάπτυξη του αστικού περιβάλλοντος.
Από RemoteSensing Wiki
Πολεοδομική τηλεπισκόπηση: Πώς μπορεί η παρατήρησης της γης να υποστηρίξει τη βιώσιμη ανάπτυξη του αστικού περιβάλλοντος
Αντικείμενο Μελέτης:Τηλεπισκόπηση και βιώσιμη αστική ανάπτυξη
Συγγραφείς: Esch, T. Taubenböck,H.Heldens, W.Thiel, M.Wurm, M.Dech, S.(2010)
Πηγή:http://www.isocarp.net/Data/case_studies/1656.pdf
Σκοπός της Εφαρμογής:Η επίτευξη της βιώσιμης ανάπτυξης του αστικού περιβάλλοντος μέσω της τηλεπισκόπησης.
1. Αστική τηλεπισκόπηση
Η συνεχής ανάπτυξη των αστικών περιοχών είναι στενά συνδεδεμένη με την τεράστια αύξηση του αστικού πληθυσμού. Σήμερα παραπάνω από το ήμισυ του παγκόσμιου πληθυσμού ζει σε αστικά κέντρα που αποτελούν οικονομικά, πολιτικά, κοινωνικά και πολιτιστικά κέντρα. Το 2007, το ποσοστό των κατοίκων αστικών κέντρων ξεπέρασε τον αγροτικό πληθυσμό, για πρώτη φορά στην ιστορία και από το έτος 2030 τα δύο τρίτα του παγκόσμιου πληθυσμού αναμένεται να ζήσει σε πόλεις. Η συνεχής ταχεία αστικοποίηση και οι αλλαγές στο αστικό περιβάλλον περιλαμβάνουν σημαντικές προκλήσεις όσον αφορά την παρατήρηση, την ανάλυση και την τεχνική κατανόηση των περίπλοκων διαδικασιών που επηρεάζουν και συγκροτούν τις μητροπολιτικές περιοχές. Κατά συνέπεια, η αποτελεσματική και βιώσιμη αστική διαχείριση απαιτεί νέες καινοτόμες ιδέες και τεχνικές για να εξασφαλίσει τις σύγχρονες και διευρυμένες πληροφορίες που αφορούν τα χαρακτηριστικά και την ανάπτυξη των αστικών συστημάτων – σε περιφερειακό επίπεδο καθώς και παγκοσμίως. Επί του παρόντος, το μεγαλύτερο μέρος των πληροφοριών συλλέγονται μέσω στατιστικών στοιχείων, ερευνών και εναέριας χαρτογράφησης ή ψηφιοποίησης αεροφωτογραφιών. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις προσεγγίσεις συχνά οι στατιστικές πληροφορίες αποδεικνύονται συγκριτικά χονδροειδείς όσο αφορά την χωρική και χρονική ανάλυση, ενώ η αποτύπωση και χαρτογράφηση είναι ο χρονοβόρα και δαπανηρή – κάτι που περιορίζει σημαντικά τις περιφερειακές, εθνικές ή παγκόσμιες αναλύσεις.
Η χωρική και εναέρια παρατήρηση της γης, έχει γίνει ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για να παράσχει ενημερωμένες γεωπληροφορίες σχετικά με τις διάφορες πτυχές των δομημένων περιοχών στις πολλαπλές χωρο-χρονικές διαστάσεις. Οι εικόνες της τηλεπισκόπησης αντιπροσωπεύουν μια ανεξάρτητη πηγή δεδομένων από την οποία διάφορα επίπεδα πληροφοριών μπορούν να αντληθούν για όλη τη ζώνη, με έναν ευέλικτο επαναληπτικό ρυθμό και σε διάφορες κλίμακες που κυμαίνονται από τη χωρική λεπτομερή ανάλυση σχετικά με ένα αυτόνομο κτίριο ή επίπεδο μέχρι και παγκόσμια μελέτες ηπειρωτικής κλίμακας. Σε συνδυασμό με τις ευρέως αυτοματοποιημένες μεθόδους επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας, η αστική τηλεπισκόπηση παρέχει πολλαπλές επιλογές για την υποστήριξη λήψης αποφάσεων σε ειδικότητες όπως οι διευθυντές προσωπικού επιχειρήσεων, οι πολεοδόμοι, οι περιβαλλοντολόγοι, οι οικονομολόγοι, οι οικολόγοι και οι πολιτικοί με τις ακριβείς και ενημερωμένες γεωπληροφορίες. Η εργασία αυτή παρουσιάζει επιλεγμένες γεωγραφικές πληροφορίες που προέρχονται από πολυαισθητηριακά τηλεπισκοπικά δεδομένα. Τα προϊόντα και οι βασικές τεχνικές τηλεπαρακολούθησης αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο μιας κοινής ερευνητικής συνεργασίας για τις αστικές εφαρμογές μεταξύ του Γερμανικού Κέντρου Τηλεπισκόπησης, του Γερμανικού Κέντρου Αεροδιαστημικής και του Τμήματος Τηλεπισκόπησης του Πανεπιστημίου Würzburg.
2 Παρατήρηση γης για την στήριξη της βιώσιμης αστικής ανάπτυξης
Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται τα οφέλη της δυνατότητας εφαρμογής και τα οφέλη των διαφόρων τηλεπισκοπικών δεδομένων και των τεχνικών ανάλυσης των εικόνων από την άποψη της παρακολούθησης και αξιολόγησης των αστικών περιοχών. Αυτό περιλαμβάνει την παρακολούθηση της επέκτασης των πόλεων (τμήμα 2.1), τη χαρτογράφηση της στεγανότητας τους (τμήμα 2.2), την μοντελοποίηση του αστικού μικροκλίματος (τμήμα 2.3) και την εκτίμηση της πιθανότητας ύπαρξης αστικών κινδύνων (τμήμα 2.4).
2.1 Επιβλέποντας την αστική διάχυση
Για την οριοθέτηση των αποτυπωμάτων πόλης έχουν αναπτυχθεί βάση της εργασίας δύο ημι-αυτοματοποιημένες διαδικασίες που αναλύουν πολυφασματικά δεδομένα ή / και εικόνες καταγραμμένες από αισθητήρες ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR).
Η προσέγγιση της κατάταξης βάση των πολυφασματικών δεδομένων βασίζεται σε ένα μια αύξουσα ιεραρχική μεθοδολογία απομόνωσης των «κατοικημένων περιοχών», βάση εικόνων Landsat που ανήκουν σε διάφορα έτη. Η προσέγγιση χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά υφής το σχήμα και την φασματική υπογραφή για να εντοπίσει τις αστικοποιημένες περιοχές από τα σύνολα δεδομένων Landsat. Όσον αφορά την παρακολούθηση της εξάπλωσης των πόλεων, χρησιμοποιούνται εικόνες διαφορετικών ετών. Μια συγκριτική ανάλυση των επιμέρους καλύψεων γης και ταξινομήσεις για τις διαθέσιμες αεροφωτογραφίες διαφορετικών ετών εκτελούνται ανεξάρτητα και ως εκ τούτου εφαρμόζονται για την παρακολούθηση και ανάλυση την ανάπτυξης των αστικών περιοχών.
Οι επιμέρους κατατάξεις των καλύψεων γης αποτελούν διαφορετικά δείγματα τις εκάστοτε χρήσης μέχρι την υψηλότερη δυνατή γεωμετρική ανάλυση του Landsat ETM. Το εικόνα 1 δείχνει το αποτέλεσμα της ανίχνευσης αλλαγής εμφανίζοντας τη χωροχρονική φυσική εξέλιξη των αστικών περιοχών για τα έτη 1973, 1989 και το 2001 στη Μεγάπολη της Καλκούτας της Ινδίας. Έτσι, δίνεται η δυνατότητα να υπολογιστεί η απόλυτη επιφανειακή ανάπτυξη ή και να αξιολογηθούν οι κατευθύνσεις της επέκτασης των πόλεων. Η ακρίβεια της συγκεκριμένης μεθόδου κυμαίνεται από 86% έως 93% και αφορά την ορθή ταξινόμηση των pixels.
Εναλλακτικά με τη χρήση των οπτικών δεδομένων, ο ημι-αυτόματος εντοπισμός των δομημένων περιοχών μπορεί να βασίζεται σε εικόνες SAR. Η αντίστοιχη τεχνική περιλαμβάνει μια ειδική προεπεξεργασία των δεδομένων SAR και μια αυτοματοποιημένη διαδικασία ανάλυσης της εικόνας. Η προεπεξεργασία εστιάζεται στην ανάλυση των τοπικών χαρακτηριστικών θορύβου στα δεδομένα SAR, ώστε να παρέχει ένα στρώμα υφής που δίνει έμφαση στις κατοικημένες περιοχές. Στο πλαίσιο της ανάλυσης εικόνας, αυτό το στρώμα υφής χρησιμοποιείται μαζί με τις αρχικές πληροφορίες που αφορούν την ένταση για τον αυτόματο εντοπισμό των οικισμών. Συνολικά, η ακρίβεια του συγκεκριμένου συστήματος κυμαίνεται μεταξύ 76% και 96%.
2.2 Χαρτογράφηση τεχνητών επιφανειών
Τα πιο ανεπτυγμένα κράτη τα τελευταία χρόνια προβληματίζονται από την συνεχή και αυξανόμενη επέκταση και διάχυση των οικισμών και των υποδομών εις βάρος πολύτιμων φυσικών πόρων όπως η γεωργική γη. Αυτού του είδους η επεκτατική ανάπτυξη συνδέεται με αρκετά αρνητικές συνέπειες και οι τεχνητές επιφάνειες αποτελούν ένα ολοένα και περισσότερο αναγνωρίσιμο συντελεστή επίτευξης της βιωσιμότητας των αλλαγών στις χρήσεις γης που αναφέρεται στην αστική εξάπλωση. Παρόλα αυτά μέθοδοι και τεχνικές, για ένα περιφερειακό η κρατικό τρόπο ευρείας ποσοτικοποίησης και αξιολόγησης των τεχνιτών επιφανειών με τρόπο ακριβή, γρήγορο και αποδοτικό, εξακολουθούν να είναι σπάνιες.
Για την χαρτογράφηση των τεχνιτών επιφανειών ο Esch et al.(2009) παρουσίασε μια ημιαυτοποιημένη προσέγγιση που βασίζεται σε μια ολοκληρωμένη ανάλυσης στοιχείων δορυφορικών εικόνων του Landsat-7 και γεωαναφερμένων διανυσματικών στοιχείων. Η εξέλιξη της διαδικασίας περιλαμβάνει τρία βασικά βήματα: (1) τη μοντελοποίηση της τοις εκατό τεχνιτής επιφάνειας με βάση τις εικόνες Landsat-7, (2) τη συμπλήρωση των raster που προκύπτουν με γραμμικά χαρακτηριστικά που παρέχουν πληροφορίες για μικρής επιφάνειας τεχνητές υποδομές, όπως τα οδικά και σιδηροδρομικά δίκτυα και (3) το συνυπολογισμό των τεχνιτών επιφανειών στα διοικητικά όρια των δήμων.
2.3 Αστική δομική ανάλυση για την εκτίμηση του τοπικού θερμικού δυναμικού και την μοντελοποίηση του αστικού μικροκλίματος.
Για το χαρακτηρισμό της φυσικής αστικής δομής και την μοντελοποίηση του μικροκλιματος αναπτύχθηκε μία μεταβιβάσιμη, αντικειμενοστραφή ροή εργασίας η οποία μπορεί να εφαρμοστεί σε διάφορες αστικές περιοχές. Το αποτέλεσμα της ροής εργασίας είναι ένα 3-D μοντέλο πόλης με θεματική παρουσίαση των διαφόρων τύπων »εδαφοκάλυψης και με παρουσίαση των φυσιογνωμικών χαρακτηριστικών των ενιαίων δομικών στοιχείων του χώρου. Η απομακρυσμένη βάση δεδομένων τηλεπισκόπησης για το παρούσα εργασία αποτελείται από πολύ υψηλής ανάλυσης δορυφορικές εικόνες (IKONOS) και από το ψηφιακό μοντέλο επιφανείας (DSM) που προέρχεται από την αυτόματη φωτογραμμετρική ανάλυση των HRSC-AX
δεδομένων. Μια διαδικασία κατακερματισμού εφαρμόζεται στα δεδομένα, με αποτέλεσμα την δημιουργία κελυφών κτιρίων, όπου κάθε κτίριο, αντιπροσωπεύεται από ένα τμήμα και μια μέση τιμή ύψους. Ως εκ τούτου, μια φυσιογνωμικός περιγραφή του κάθε κτιρίου κατέστη δυνατό λόγω αναπαράστασης του επιμέρους σχήματός του και του μέγεθος του(έκταση και ύψος).
Οι πληροφορίες που αφορούν με τις αστικές δομές σχετίζονται και με την τοπική θέρμανση. Η παροχή θέρμανσης για τα κτίρια κατοικίας και για τα κτήρια δημόσιου και ιδιωτικού τομέα βασίζεται πρωταρχικά στην χρήση ορυκτών καυσίμων που συνήθως καίγονται σε παλιούς βραστήρες έχοντας μειωμένη απόδοση και υψηλές εκπομπές. Η πληροφορία αυτή καταγραφικέ με την χρήση ενός μοντέλου που είχε ως πρωταρχικό παράμετρο την ετήσια ζήτηση θερμότητας από τα κτήρια.
2.4 Εκτίμηση κινδύνων και καταστροφών .
Το αστικό περιβάλλον χαρακτηρίζεται από μικρής κλίμακας ετερογενή μορφολογία και ένα εξαιρετικά πολύπλοκο και δυναμικό μοντέλο που είναι ευπαθές σε πολλούς κινδύνους. Ο περασμένος αιώνες απέδειξε την τρωτότητα των αστικών περιοχών σε φυσικούς κινδύνους όπως έγινε με τις δραματικές επιπτώσεις του τυφώνα «Κατρίνα» στην Νέα Ορλεάνη το 2005 και τον σεισμό στην Αιτή το 2010. Η τηλεπισκόπηση επιτρέπει τόσο την αξιολόγηση των δεικτών που σχετίζονται με τον κίνδυνο αλλά και την αξιολόγηση των δεικτών που σχετίζονται με την τρωτότητα των αστικών περιοχών και, επομένως μπορεί να χρησιμεύσει ως ισχυρό μέσο για τους ιθύνοντες στην διαχείριση των καταστροφών.
3. Αποτελέσματα - Συμπεράσματα
Η συνεχώς αυξανόμενη διαθεσιμότητα και η πρόσβαση σε σύγχρονες τεχνολογίες τηλεπισκόπησης δημιούργησε νέες ευκαιρίες για το ευρύ φάσμα των αστικών εφαρμογών, όπως η χαρτογράφηση και η παρακολούθηση του αστικού περιβάλλοντος (καλύψεις γης, χρήσεις γης, μορφολογία, αστικοί δομικοί τύποι), κοινωνικο-οικονομικές εκτιμήσεις (πυκνότητα πληθυσμού), το χαρακτηρισμό του αστικού κλίματος (μικροκλίμα, ανθρώπινες συνθήκες για την υγεία), την ανάλυση των περιφερειακών και παγκόσμιων περιβαλλοντικών επιπτώσεων (υπογείων υδάτων και κλιματικών μοντέλων, των αστικών νησίδων θερμότητας), την ασφάλεια των αστικών κέντρων και την ετοιμότητα σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης (βιωσιμότητα, διαχείριση καταστροφών).
Πηγή Αναφοράς: Esch, T. Taubenböck,H.Heldens, W.Thiel, M.Wurm, M.Dech, S.(2010) "Urban remote sensing: How can earth observation support the sustainable development of urban environments?"
