Συγκριτική μελέτη τεχνικών χαρτογράφησης καμένων εκτάσεων σε μεσογειακά τοπία με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων
Από RemoteSensing Wiki
Συγκριτική μελέτη τεχνικών χαρτογράφησης καμένων εκτάσεων σε μεσογειακά τοπία με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων
Πηγή: Νίκος Κούτσιας
1.Εισαγωγή
Στη Μεσογειακή Λεκάνη οι δασικές πυρκαγιές αποτελούν κύρια οικολογική διαδικασία με επιδράσεις. Οι συνέπειές που συνδέονται άμεσα ή έμμεσα με την εκδήλωση των πυρκαγιών επιβάλλουν τη ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού πληροφοριακού συστήματος. Η χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων διεξάγεται τηλεπισκοπικά με δορυφόρους χαμηλής (NOAA AVHRR) ή υψηλής (LANSAT, MSS-TM) διακριτικής ικανότητας χωρίς ωστόσο να υπάρχει κάποια τυποποιημένη μέθοδος που να εφαρμόζεται σε οποιεσδήποτε συνθήκες σε δορυφορικά δεδομένα για τον προσδιορισμό και τη χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων. Οι μέθοδοι ποικίλουν με τη φασματική διακριτική ικανότητα να διαμορφώνει τον τύπο της χρησιμοποιούμενης μεθόδου.
2.Βιβλιογραφική ανασκόπηση
Με βάση βιβλιογραφικές αναφορές, το κοντινό υπέρυθρο τμήμα του φάσματος θεωρείται η πιο κατάλληλη φασματική περιοχή για ανίχνευση καμένων εκτάσεων, εξαιτίας της αντίθεσης μεταξύ καμένων περιοχών και υγιούς βλάστησης λόγω της χαμηλής και έντονης αντίστοιχα αντανάκλασης. Το κοντινό τμήμα του φάσματος δεν είναι αποτελεσματικό για τη διάκριση καμένων εκτάσεων ενώ το μέσο υπέρυθρο χαρακτηρίζεται από αρκετούς ερευνητές ως αρκετά ικανοποιητικό. Οι πολλές τεχνικές χαρτογράφησης καμένων εκτάσεων μπορούν να ομαδοποιηθούν σε: οπτική ανάλυση, διαστρωμάτωση πυκνότητας απλών φασματικών υπογραφών, επιβλεπόμενη και μη ταξινόμηση και κανόνες ασαφούς λογικής. Οι φασματικές υπογραφές των καμένων εκτάσεων, δημιουργούν πρόβλημα όσον αφορά τη φασματική διακριτότητα μεταξύ αυτών και άλλων κατηγοριών κάλυψης γης με κυριότερες τα υδάτινα σώματα, τις αστικές περιοχές και τις σκιές.
3.Σκοπός
Σκοπός της έρευνας είναι ο προσδιορισμός της φασματικής ταυτότητας των καμένων εκτάσεων ως δορυφορικά δεδομένα του Θεματικού Χαρτογράφου του Landasat καθώς και η ανάπτυξη νέων μεθόδων και τεχνικών χαρτογράφησης των καμένων εκτάσεων με δορυφορικά δεδομένα που πλεονεκτούν έναντι των υφιστάμενων.
4.Περιοχή έρευνας και δορυφορικά δεδομένα
Η περιοχή έρευνας είναι η Νήσος Σάμος όπου το 2000 εκδηλώθηκε μεγάλη πυρκαγιά, για την οποία δορυφορικά δεδομένα του LANSAT-7 ETM+ αποκτήθηκαν πριν και μετά την πυρκαγιά.
5. Μεθοδολογία
Αρχικά προσδιορίστηκε η φασματική απόκριση των καμένων εκτάσεων και συγκρίθηκαν οι φασματικές υπογραφές τους με τέσσερις βασικές ομάδες κατηγοριών χρήσης/κάλυψης γης (δάση και γεωργικές καλλιέργειες, υδάτινα σώματα, γυμνές και αραιής βλάστησης εκτάσεις, αστικές περιοχές) που δημιουργούν πρόβλημα στη διάκρισή τους από τις καμένες περιοχές. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν οι εξής τεχνικές χαρτογράφησης καμένων εκτάσεων: • το λογιστικό μοντέλο • ο χρωματικός μετασχηματισμός Έντασης –Απόχρωσης-Κορεσμού • ο μετασχηματισμός κυρίων συνιστωσών • ανάπτυξη και εφαρμογή λογικών κανόνων Η αξιολόγηση των τεχνικών γίνεται χρησιμοποιώντας δεδομένα αναφοράς που προέκυψαν από την οπτική φωτοερμηνεία των πολυφασματικών δορυφορικών εικόνος ICONOS χωρικής διακριτικής ικανότητας 1.2μ Με τυχαία δειγματοληψία προσδιορίστηκαν σημεία στην περιοχή και φωτοερμηνευτικά προέκυψαν ποια αντιστοιχούν στην καμένη και ποια στη μη καμένη έκταση. Με τη χωρική επίθεση των δειγματοληπτικών σημείων αναφοράς με τα αποτελέσματα ταξινόμησης των δορυφορικών δεδομένων, εκτιμήθηκε η ακρίβεια της χαρτογράφησης.
6.Αποτελέσματα και συζήτηση
6.1 Φασματικά χαρακτηριστικά και πρότυπα καμένων εκτάσεων
Η διακριτική ικανότητα των φασματικών διαύλων διαφέρει, έτσι ώστε συγκεκριμένοι δίαυλοι να προσφέρουν μέγιστη διακριτική ικανότητα μεταξύ καμένης περιοχής – καλλιεργειών/δάσους (ΤΜ4, ΤΜ7, ΤΜ5), καμένης περιοχής – υδάτινης μάζας (ΤΜ5) και καμένης έκτασης – σκιαζόμενων περιοχών (ΤΜ5). Σε αντίθεση με τις τρεις προηγούμενες περιπτώσεις, στην περίπτωση γυμνών εδαφών και περιοχών με χαμηλή βλάστηση, η φασματική απόκριση παρουσιάζει παρόμοια χαρακτηριστικά. Επιπλέον, η συγκριτική αξιολόγηση των ραδιομετρικών τιμών των καμένων εκτάσεων στην πριν και μετά την πυρκαγιά δορυφορική εικόνα, διαπιστώθηκαν τρία φασματικά πρότυπα των καμένων περιοχών. - Στο πρώτο φασματικό πρότυπο οι ραδιομετρικές τιμές στο φασματικό δίαυλο ΤΜ7 παραμένουν αμετάβλητες, ενώ στους φασματικού διαύλους ΤΜ4 και ΤΜ5 μειώνονται αισθητά στη μετά την πυρκαγιά δορυφορική εικόνα. - Στο δεύτερο, οι τιμές στο δίαυλο ΤΜ4 μειώνονται αισθητά στην εικόνα μετά την πυρκαγιά, ενώ στους ΤΜ5 και ΤΜ7 αυξάνονται στην εικόνα μετά την πυρκαγιά. - Στο τρίτο, οι τιμές στο ΤΜ5 παραμένουν αμετάβλητες ενώ μειώνονται στον ΤΜ4 και αυξάνονται στον ΤΜ7
6.2 Εφαρμογή τεχνικών χαρτογράφησης καμένων εκτάσεων
Η ακρίβεια των μεθόδων ταξινόμησης που προέκυψε είναι: επιβλεπόμενη ταξινόμηση μέγιστης πιθανοφάνειας και εμπρόσθια/αντίστροφη ανάλυση κύριων συνιστωσών 87,75%, χρωματικός μετασχηματισμός Ένταση-Απόχρωση-Κορεσμός 87,51%, λογιστική παλινδρόμηση δεδομένων μετά την πυρκαγιά 88,70%, λογιστική παλινδρόμηση διαχρονικών δεδομένων 89,34%, εφαρμογή κανόνων σε διαχρονικά δεδομένα 89,10%. Το αποτέλεσμα της χαρτογράφησης της καμένης γης φαίνεται ανά μέθοδο φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα
6.3 Συγκριτική Αξιολόγηση τεχνικών χαρτογράφησης καμένων εκτάσεων
Η καλύτερη μέθοδος ταξινόμησης των καμένων εκτάσεων με δορυφορικά δεδομένα του LANDASAT-7 αποδείχθηκε ότι είναι η λογιστική παλινδρόμηση και εφαρμογή λογικών κανόνων σε διαχρονικά δεδομένα πριν και μετά την πυρκαγιά, με ακρίβεια χαρτογράφησης 89.34% και 89.10% αντίστοιχα.. Μεταξύ των δύο όμως δεν υπάρχουν στατιστικές διαφορές τέτοιες ώστε να διαφοροποιήσουν τα αποτελέσματα χαρτογράφησης. Μεταξύ των δύο μεθόδων υπερτερεί η εφαρμογή των λογικών κανόνων γιατί: • δεν απαιτεί των προσδιορισμό δειγματοληπτικών περιοχών • δεν βασίζεται σε στατιστικά μεγέθη για τη λήψη αποφάσεων από τον ταξινομητή • η εφαρμογή της δεν προϋποθέτει προσωπική παρέμβαση του αναλυτή • οι χρονικές απαιτήσεις είναι περιορισμένες • μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε σύστημα χαρτογράφησης το οποίο θα βασίζεται σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες
7. Συμπεράσματα
Συμπερασματικά, ο ΤΜ4 αποδείχθηκε ως ο πιο αποτελεσματικός, αφού στο τμήμα αυτό του φάσματος αποτυπώνονται καλύτερα οι αλλαγές της φασματικής απόκρισης των περιοχών που κάηκαν. Ο δεύτερος σε αποτελεσματικότητα, αποδείχθηκε ο ΤΜ7. Όσον αφορά το ορατό τμήμα του φάσματος, ο δίαυλος ΤΜ1 ήταν ο πιο κατάλληλος μεταξύ των τριών, ενώ η φασματική πληροφορία του δίαυλου ΤΜ5 δεν ήταν κατάλληλη για να χρησιμοποιηθεί στη διάκριση και χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων. Τέλος αποδείχθηκε ότι οι ΤΜ4 και ΤΜ7 και ένας από τους ορατούς, με προτιμότερους τους ΤΜ1 ή ΤΜ2 που συνιστούν τον καλύτερο συνδυασμό για τη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων. Από τα αποτελέσματα του ελέγχου σημαντικότητας προκύπτει ότι οι καλύτερες τεχνικές ταξινόμησης των καμένων εκτάσεων με δορυφορικά δεδομένα του LANDSAT είναι η λογιστική παλινδρόμηση και η εφαρμογή των λογικών κανόνων σε διαχρονικά δεδομένα πριν και μετά την πυρκαγιά, με ακρίβεια χαρτογράφησης 89.34% και 89.10% αντίστοιχα. Μεταξύ των δύο όμως δεν υπάρχουν στατιστικές ενδείξεις τέτοιες ώστε να διαφοροποιήσουν την αποτελεσματικότητα των δύο μεθόδων.
Πηγή:Νίκος Κούτσιας. Ανακτήθηκε από http://www.geotee.gr/lnkFiles/2002-3.pdf 30-01-2011
