ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΕΣΟΓΕΙΑΚΟ ΓΕΩΡΓΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Από RemoteSensing Wiki

"ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΕΣΟΓΕΙΑΚΟ ΓΕΩΡΓΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ"

Με την έννοια της παραλλακτικότητας του γεωργικού περιβάλλοντος εννοούμε τη διαφοροποίηση που παρουσιάζουν οι παράμετροι της καλλιέργειας, είτε ως προς τη θέση, είτε ως προς τη χρονική στιγμή κατά την οποία μετρώνται. Μπορούν να διαχωριστούν σε εδαφικές (π.χ υφή, η δομή, η οργανική ουσία, η υδατοϊκανότητα, τα θρεπτικά στοιχεία κτλ) ή βιολογικές (π.χ οι μικροβιακοί πληθυσμοί του εδάφους, οι πληθυσμοί των ζιζανίων, οι πληθυσμοί των εντόμων, οι ασθένειες κτλ).

Όταν λαμβάνεται υπόψη αυτή η παραλλακτικότητα σε κλίμακα μικρότερη του αγροτεμαχίου και σύμφωνα με αυτή καθορίζεται η μέθοδος της γεωργικής διαχείρισης ονομάζεται Γεωργία Ακριβείας. Η Γεωργία Ακριβείας βασίζεται σε τεχνολογίες που είναι ικανές να καταγράψουν την πραγματικότητα με ακρίβεια μέσα στο αγροτεμάχιο και στη συνέχεια να διαχειριστούν τη συγκεντρωμένη πληροφορία και τα δεδομένα ώστε στο τέλος οι εισροές να αναφέρονται σε κάθε σημείου και χρονικής στιγμής ξεχωριστά.

Από τις δυνατότητες της Τηλεπισκόπησης παίρνουμε τις πληροφορίες που χρειαζόμαστε για τη Γεωργία Ακριβείας. Οι πολυφασματικές δορυφορικές εικόνες με πολύ υψηλή χωρική ανάλυση (IKONOS) σε συνδυασμό με τα GPS χρησημοποιούνται σε αυτή την εργασία για την ανίχνευση και ταυτοποίηση της παραλλακτικότητας σε μεσογειακές γεωργικές συνθήκες.

Οι εικόνες του δορυφόρου IKONOS έχουν χωρική ανάλυση 1 μέτρου το οποίο συνεπάγεται ότι κάθε στοιχείο της επιφάνειας της γης με διαστάσεις μεγαλύτερες από 1 τ.μ. στο πεδίο μπορεί να διακριθεί στην εικόνα. Επίσης, τα τέσσερα φασματικά κανάλια του δορυφόρου IKONOS προσφέρουν τη δυνατότητα εφαρμογής ικανοποιητικού αριθμού τεχνικών επεξεργασίας εικόνας, αλλά η εργασία πεδίου είναι πάντα απαραίτητη.

Οι στόχοι της εργασίας είναι η:

• Η ανίχνευση της παραλλακτικότητας επάνω στις εικόνες
• Η ταυτοποίηση της παραλλακτικότητας

με την χρήση των εικόνων IKONOS και σε συνδυασμό με τη χρήση GPS.

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο Ακρωτήρι του ν. Χανίων. Η ελιά, το αμπέλι, τα εσπεριδοειδή, τα λαχανικά και τα καρπούζια κυριαρχούν στο γεωργικό τοπίο, ενώ πολλά φυτικά είδη προερχόμενα από το μη γεωργικό φυσικό τοπίο εμφανίζονται συχνά μέσα στα αγροτεμάχια. Σημαντικό χαρακτηριστικό του περιβάλλοντος της περιοχής είναι η πολύ μεγάλη ετερογένειά του, το μικρό μέγεθος του κλήρου και η κυρίαρχη θέση της ελιάς μεταξύ των καλλιεργειών.

Εικόνα 1: Η δορυφορική εικόνα της περιοχής μελέτης (οπτικό τμήμα του φάσματος)

Μεθοδολογία

Συνδυάστηκε η πολυφασματικής εικόνας του δορυφόρου IKONOS με την αντίστοιχη παγχρωματική, με αποτέλεσμα μία νέα πολυφασματική εικόνα (τέσσερις δίαυλοι) με χωρική ανάλυση ενός μέτρου (pansharpened) (Εικόνα 1). Έχει γίνει ορθογραφική διόρθωση στην εικόνα (αναίρεση των σφαλμάτων που οφείλονται στην καμπυλότητα της γης και στο ανάγλυφο). Είναι δε εγγεγραμμένη στο διεθνές σύστημα γεωαναφοράς UTM/WGS84.

Έγινε ψηφιακή ανάλυση στην εικόνα με φωτοερμηνεία και φασματικούς μετασχηματισμούς.

Εικόνα 2: Περιοχή με αυξημένη εδαφική υγρασία σε ελαιώνα, όπως διακρίνεται στην εικόνα tasseled cap

Για τη φωτοερμηνεία της εικόνας ακολουθήθηκε η μέθοδος της φωτοανάγνωσης, η οποία χαρακτηρίζεται από τρία βήματα: α) τον προσδιορισμό του στοιχείου, δηλαδή την εξακρίβωση ότι κάτι υπάρχει στην εικόνα, β) την αναγνώριση του στοιχείου (με βάση το μέγεθος, το σχήμα, τη θέση και άλλα χαρακτηριστικά του) και γ) την ταυτοποίηση του στοιχείου, δηλαδή την αντιστοίχισή του με ένα γνωστό όνομα ή όρο, χρησιμοποιώντας το λογισμικό ERDAS Imagine 8.3.1.

Μετά η εικόνα υποβλήθηκε σε φασματικούς μετασχηματισμούς, όπως ο δείκτης βλάστησης NDVI, ο tasseled cap, ο IHS, ο δείκτης Iron Oxide, η Ανάλυση Κυρίων Συνιστωσών (PCA), η μηεπιβλεπόμενη ταξινόμηση και ο μετασχηματισμός decorrelation stretch. Μελετήθηκαν πολλές περιπτώσεις αλλά τέσσερις μόνο ολοκληρώθηκαν με την εξαγωγή αποτελεσμάτων.

Περίπτωση 1: Χρησιμοποιείται ο μετασχηματισμός tasseled cap, ο οποίος προσφέρει έναν τρόπο για βελτίωση της εμφάνισης της εικόνας, προκειμένου να μελετηθούν οι παράμετροι της βλάστησης. Στην εικόνα που προέκυψε παρατηρήθηκε παραλλακτικότητα σε κάποια περιοχή εντός αγροτεμαχίου με δενδροκαλλιέργεια. Η υπόθεση που έγινε αποδίδει στην περιοχή αυτή μεγαλύτερη εδαφική υγρασία από τις παρακείμενες περιοχές, αφού σύμφωνα με το μετασχηματισμό tasseled cap, η φασματική τιμή κάθε σημείου στο τρίτο κανάλι (τιμή του κόκκινου τόνου) σχετίζεται θετικά με την ποσότητα της υγρασίας στο σημείο(Εικόνα 2).

Εικόνα 3: Δέντρο που διαφέρει σε ελαιώνα, όπως διακρίνεται σε ψευδο-έγρωμη εικόνα

Περίπτωση 2 : Χρησιμοποιείται ψευδο-έγχρωμη εικόνα συνδυασμού των φασματικών καναλίων 1,2,4. Στην εικόνα αυτή εντοπίστηκε παραλλακτικότητα σχετική με τα δένδρα μέσα στην ίδια δενδροκαλλιέργεια (ελαιώνα) που αναφέρεται στην περίπτωση 1(Εικόνα 3).

Εικόνα 4: Κενό σε οπωρώνα, όπως διακρίνεται σε εικόνα μετασχηματισμού HIS

Περίπτωση 3: Χρησιμοποιείται ο μετασχηματισμός IHS, ο οποίος αποδίδει ένα οπτικό αποτέλεσμα το οποίο γίνεται πιο εύκολα αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι, αντιστοιχίζοντας στον 1ο δίαυλο την Ένταση (Intensity), δηλαδή τη συνολική φωτεινότητα του κάθε εικονοστοιχείου, στον 2ο την Απόχρωση (Hue) και στον 3ο τη Χρωματική καθαρότητα (Saturation), δηλαδή το κυρίαρχο μήκος κύματος του εικονοστοιχείου. Στην εικόνα ανιχνεύθηκε παραλλακτικότητα σχετική με την εμφάνιση των δένδρων, ώστε σε μία θέση της διάταξης υποτέθηκε ότι υπάρχει κενό (Εικόνα 4).

Εικόνα 5: Περιοχή με αυξημένη ποσότητα οξειδίων του σιδήρου σε άγνωστη καλλιέργεια, όπως διακρίνεται στην εικόνα του δείκτη Iron Oxide

Περίπτωση 4: Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται ο φασματικός δείκτης Iron Oxide. Οι φασματικοί δείκτες προέρχονται από άλγεβρα διαύλων [7], με συνήθη παραδείγματα τους δείκτες βλάστησης (NDVI, PVI, κλπ) και τους δείκτες ορυκτών (clay minerals, ferrous minerals, κλπ). Στην εικόνα που προέκυψε ανιχνεύθηκε παραλλακτικότητα σε αγροτεμάχιο με άγνωστη καλλιέργεια, ενώ έγινε η υπόθεση ότι η περιοχή του αγροτεμαχίου που χαρακτηρίζεται από υψηλές φασματικές τιμές στην εικόνα, εκδηλώνει υψηλότερες τιμές ποσοτήτων οξειδίων του σιδήρου στο έδαφος( Εικόνα 5).

Στην εργασία πεδίου ο εντοπισμός έγινε με τη καθοδήγηση του GPS, σε συνδυασμό με οπτική παρατήρηση και μέτρηση αποστάσεων και ελήφθησαν φωτογραφικά ντοκουμέντα σε όλες τις περιπτώσεις.Τα αποτελέσματα της εργασίας πεδίου επιβεβαίωσε τις υποθέσεις που είχαν γίνει από τις δορυφορικές εικόνες.

Συνολικά, διαπιστώθηκε ότι οι εικόνες IKONOS έδωσε ιδιαίτερα καλά αποτελέσματα στην ανίχνευση παραλλακτικότητας σε μεσογειακό γεωργικό περιβάλλον. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι τόσο οι παρατηρήσεις στο πεδίο όσο και οι μετρήσεις στο εργαστήριο συνέβαλαν σημαντικά, ανεξάρτητες ή σε συνδυασμό, στην ταυτοποίηση της παραλλακτικότητας. Διαπιστώθηκε η χρησιμότητα συγκεκριμένων τεχνικών ανάλυσης εικόνας σε ειδικές περιπτώσεις.

ΠΗΓΗ: Χ. Γ. Καρυδάς και Ι. Ζ. Γήτας. 2001. ‘Τεχνικές ανίχνευσης και ταυτοποίησης της παραλλακτκότητας σε Μεσογειακό γεωργικό περιβάλλον’, 14o Συνέδριο της Ελληνικής Εταιρείας Επιχειρησιακών Ερευνών, Ξάνθη, 11/2001. Βιβλίο Περιλήψεων σελ. 61