Ταξινόμηση εικόνων από τoν δορυφόρο spot5 και τον aster για την εξαγωγή σχεδίων κάλυψης αστικής γης της πόλης Τζέντα στην Σαουδική Αραβία.
Από RemoteSensing Wiki
Η τηλεπισκόπηση για μια καλύτερη διαδικασία αστικού σχεδιασμού: Ταξινόμηση εικόνων από τoν δορυφόρο spot5 και τον aster για την εξαγωγή σχεδίων κάλυψης αστικής γης της πόλης Τζέντα στην Σαουδική Αραβία.
Remote sensing for a better urban planning process: image classification of spot5 and aster for extracting urban land cover of Jeddah city, Saudi Arabia
Συγγραφείς
Mohammed Aljoufie, Mark Zuidgeest, Mark Brussel
Πηγή
Department of Urban Planning and Management International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation
Εισαγωγή
Η Αστική κάλυψη γης σε μητροπολιτικές περιοχές συνεχώς αλλάζει με την πάροδο του χρόνου,ωστόσο καθώς η πλειοψηφία του παγκόσμιου πληθυσμού κατοικεί πλέον σε αστικό περιβάλλον, είναι αναγκαία η διατήρηση ορισμένων προτύπων ανάπτυξης. Για το λόγο αυτό οι υπεύθυνοι χάραξης πολίτικης του αστικού σχεδιασμού οφείλουν να παρακολουθούν τις αλλαγές των χρήσεων γης στο χρόνο και στο χώρο. Γεγονός το οποίο απαιτεί όχι μόνο μεγάλες βάσεις επεξεργασίας δεδομένων αλλά καισύγχρονες μεθόδους συλλογής και παρακολούθησης των στοιχείων κάλυψης του αστικού τοπίου. Η τηλεπισκόπηση αποτελεί ένα σύγχρονο εργαλείο προς αυτή την κατεύθυνση. Διάφορες τεχνικές να έχουν εφαρμοστεί για τη χαρτογράφηση κάλυψης αστικής γης. Μεταξύ των οποίων οι πιο αποτελεσματικές για την εξαγωγή πληροφοριών αυτές της ταξινόμησης της εικόνας, τα μοντέλα ανά pixel και οι χωρικές τεχνικές ανάλυσης μοτίβων. Οι ταξινομήσεις δορυφορικών ψηφιακών Τηλεπισκοπικών απεικονίσεων είναι δύο, η επιβλεπόμενη και η μη επιβλεπόμενη, παράλληλα η πρόοδος στην τεχνολογία των δορυφορικών απεικονίσεων προσφέρει ακριβή στοιχεία υψηλής ανάλυσης( ikonos, spot) για την κάλυψη/ χαρτογράφηση της αστικής γης αλλά και μέτριας (landsat, aster). Έτσι λοιπόν αυτή η μελέτη εξετάζει τον τρόπο με τον οποίο διαφορετικά τηλεπισκόπικά δεδομένα και αναλύσεις είναι χρήσιμα για την κατανόηση των αστικών καλύψεων γης στην ταχύτατα αναπτυσσόμενη πόλη Τζέντα της Σαουδικής Αραβίας.
Σχετικές εργασίες
Αρκετές είναι οι σχετικές εργασίες που βασίζονται στην τηλεπισκόπηση για την καταγραφή των χρήσεων γης σε αγροτικό-αστικά τοπία. Μεταξύ των οποίων αυτή των Gong και Howarth (1992) στην οποία τα δεδομένα από τον δορυφόρο SPOT HRV αρχικά κατατάσσονται σε δώδεκα κατηγορίες γης κάλυψη χρησιμοποιώντας μια επιβλεπόμενη ταξινόμηση μέγιστης πιθανοφάνειας (MLC) και έπειτα καταγράφονται οι συχνότητες με μετακίνηση του παραθύρου των pixel. Η jensen et al. (2001) χρησιμοποίησε ένα νευρωνικό δίκτυο εικόνων για την καταγραφή αγροτικών, αστικών χρήσεων γης και κάλυψης γης, από απομακρυσμένα δεδομένα μέσω αισθητήρων. Ακολούθησαν, ο Yuan et al. (2005) όπου ανέπτυξε μια μεθοδολογία για τη χαρτογράφηση και την παρακολούθηση κάλυψης γης χρησιμοποιώντας Landsat Mapper (TM), καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι τα αποτελέσματα της ταξινόμησης στην αλλαγή των χρήσεων γης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εισροές στη διαχείριση της γης και την πολιτική αποφάσεων.
Περιοχή μελέτης
Η Τζέντα βρίσκεται στη δυτική ακτή του Βασιλείου της Σαουδικής Αραβίας και είναι η δεύτερη μεγαλύτερη πόλη, με πληθυσμό άνω των τριών εκατομμυρίων κατοίκων. Χαρακτηριστικό της πόλης είναι η ραγδαία αύξηση του πληθυσμού από 700.000 χιλιάδες το 1975 σε 3.000.000 το 2006, με αποτέλεσμα και την επέκταση του αστικού τοπίου προς τα βόρεια και νότια, λόγω της θάλασσας δυτικά και την ύπαρξη βουνών ανατολικά. Η αστική μορφή της πόλης έχει επηρεασθεί σημαντικά από τις διαφορετικές δραστηριότητες που αναπτύσσονται αλλά και από τα διαρθρωτικά σχέδια ανάπτυξης. (εικόνα 1).
Μεθοδολογία
Η μεθοδολογία που χρησιμοποιείται βασίζεται στην καταγραφή των χρήσεων γης με βάση την επιβλεπόμενη και μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση για δορυφορικές εικόνες SPOT5 με 5m ευκρίνεια (Μάρτιος 2007) και ASTER με 15m ευκρίνεια (Μάιος2007). (εικόνα 2). Πέντε είναι οι κύριες ζώνες χρήσεων γης οι οποίες έχουν καθοριστεί, αυτές είναι τα κτίρια, οι δρόμοι η κενή γη, οι χώροι με πράσινο και το νερό. Η διαδικασία ολοκληρώθηκε με την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των ταξινομήσεων. Τα αποτελέσματα εκτιμήθηκαν βάση των γνώσεων και των επί τοπιών ερευνών και επεξεργάστηκαν από το πρόγραμμα ERDAS IMAGINE v9.1 Για κάθε μία από τις πέντε κατηγορίες υπήρχε διαφορετικό χρώμα στην απεικόνιση της φασματικής υπογραφής τους. Έμφαση δίνεται στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση που είναι και η διαδικασία που χρησιμοποιείται πιο συχνά για την ποσοτική ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων. Μετά τον εντοπισμό των πέντε κατηγοριών, οι φασματικές υπογραφές δημιουργήθηκαν με την βοήθεια 50 δειγμάτων με κοινά χαρακτηριστικά για κάθε κατηγορία και τα κοινά δείγματα συγχωνεύτηκαν για να εκπροσωπήσουν την ίδια κατηγορία. Ωστόσο και σε αντίθεση με την επιβλεπόμενη ταξινόμηση η μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση αποβλέπει στην εξαγωγή των φασματικών τάξεων και την εκ των υστέρω αναγνώριση τους και αναφορά σε πραγματικές τάξεις αντικειμένων της γήινης επιφάνειας.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Τα αποτελέσματα από την μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση και για τις δύο δορυφορικές εικόνες (aster, spot) χαρακτηρίζονται από διαφορετικές φασματικές ανακλάσεις μεταξύ των διαφορετικών αστικών χρήσεων που καλύπτει. Τα αποτελέσματα δείχνουν επίσης ότι ο SPOT5, με υψηλότερη χωρική διακριτική ικανότητα από τον ΑΣΤΕΡ προσφέρει καλύτερη ακρίβεια. Συγκριτικά μεταξύ επιβλεπόμενης και μη ταξινόμησης, μπορούμε να πούμε ότι τα αποτελέσματα της επιβλεπόμενης είναι πολύ πιο ακριβή από την μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση καθώς υπάρχει μικρότερη φασματική ανάμειξη-συσχέτιση μεταξύ των στοιχείων-δεδομένων του χώρου. Αλλά και εδώ, στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση οι αποδόσεις των εικόνων είναι καλύτερες από τον SPOT5 σε σχέση με αυτή των εικόνων του δορυφόρου aster. Συγκεκριμένα, οι δρόμοι, οι άδειοι χώροι, το νερό, οι πράσινες περιοχές και τα κτίρια με τον spot5 απεικονίζονται με μεγαλύτερη ευκρίνεια και στο σύνολο σε ποσοστό ακρίβειας 87.33% έναντι του 66.00% που είναι το ποσοστό ακρίβειας που δίνει ο aster σε σχέση με την φυσική πραγματικότητα. Έτσι λοιπόν, προκύπτουν και τα τελικά αποτελέσματα στην πόλη της Τζέντας με επιβλεπόμενη ταξινόμηση δορυφορικών εικόνων SPOT5. Παρατηρείται ότι το ήμισυ της έκτασης της Τζέντα (50,70%) είναι καλυμμένο από κτίρια κατοικιών, εμπορικές και κυβερνητικές δραστηριότητες, τη βιομηχανία και ψυχαγωγικές λειτουργίες, ενώ σχεδόν το ένα τρίτο (29,69%) είναι κενές εκτάσεις. Η οδική υποδομή καταλαμβάνει μέχρι και 3,45% του χώρου, οι χώροι πρασίνου καλύπτουν το 6,08%, ενώ το νερό καλύπτει μόνο το 0,08% της συνολικής έκτασης. Με την μέθοδο αυτή (επιβλεπόμενη ταξινόμηση εικόνων spot5) μπορούν να συγκριθούν τα αποτελέσματα για την διαχρονική παρακολούθηση της αστικοποίησης της πόλης της Τζέντα, αλλά και να αποτελέσει αντίστοιχο εργαλείο εφαρμογής και σε άλλες πόλεις.
Χρηστικότητα των αποτελεσμάτων στην διαδικασία αστικού σχεδιασμού στην Τζέντα.
Με σωστή διαχείριση και ποιότητα, οι πληροφορίες σχετικά με την κάλυψη / χρήση γης είναι ουσιαστικής σημασίας για τον αστικό σχεδιασμό και τη διαχείριση, αν και αυτή δυσχεραίνεται από την μη ύπαρξη ενημερωμένων δεδομένων στο χώρο. Δεδομένων και στοιχείων που είναι σημαντικά για την παρακολούθηση της βιωσιμότητας των φυσικών πόρων. Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης έρευνας (επιβλεπόμενης ταξινόμησης εικόνων spot5) είναι ενημερωμένα και για αυτό χρήσιμα στον αστικό σχεδιασμό(χρήσεις γης, εγκατάσταση κοινωνικών δραστηριοτήτων, περιβαλλοντικό σχεδιασμό και σχεδιασμό των μεταφορών). Πιο συγκεκριμένα στον σχεδιασμό των χρήσεων γης η συγκεκριμένη μέθοδος καταγράφει τις τάσεις της αστικής ανάπτυξης και παρακολουθεί τις επιπτώσεις των πολιτικών σχεδιασμού και την αξιολόγηση της προόδου της ανάπτυξης χρήσιμης προς μια μελλοντική βιώσιμη ανάπτυξη. Στις εγκαταστάσεις κοινωνικών δραστηριοτήτων τα δεδομένα που προέκυψαν στην πόλη Τζέντα σε συνδυασμό με την χρήση ΓΣΠ βοηθούν στον καθορισμό των κατάλληλων τοποθεσιών των εγκαταστάσεων της κοινότητας (π.χ. εγγύτητα στα οδικά δίκτυα, υψηλή πληθυσμιακή πυκνότητα), καθώς και στον εντοπισμό των νέων υπηρεσιών. Στον σχεδιασμό των μεταφορών η Τζέντα αντιμετωπίζει πολλά προβλήματα όπως τη συμφόρηση και την ανεπαρκή διαχείριση της κυκλοφορίας. Με την κατάλληλη χρήση των τηλεπισκοπικών αποτελεσμάτων μπορούν να αντιμετωπιστούν καλύτερα τα προβλήματα της κομβικότητας και της προσπελασιμότητας. Επιπλέον τα δεδομένα αυτά μπορούν να ποσοτικοποιηθούν σε δείκτες αειφορίας των μεταφορών όπως (π.χ. πυκνότητα). Τέλος ο περιβαλλοντικό σχεδιασμός της πόλης Τζέντα αν και εξακολουθεί να βασίζεται σε συμβατικά δεδομένα σχετικά με τον ποσοτικό προσδιορισμό των αστικού πρασίνου που είναι πολύ παρωχημένα, με την χρήση των τηλεπισκοπικών αποτελεσμάτων οι σχεδιαστές του περιβάλλοντος στην πόλη Τζέντα θα είναι σε θέση να διερευνούν τα επίπεδα του αστικού πρασίνου μεταξύ των συνοικιών των επιμέρους περιοχών, καθώς και των δήμων. Εν κατακλείδι οι εφαρμογές της τηλεπισκόπησης στον πολεοδομικό σχεδιασμό δίνουν πολύτιμα μακροπρόθεσμα οφέλη, σαν εργαλείο σχεδιασμού.
Συμπέρασμα
Η ραγδαία ανάπτυξη σε μια πόλη σαν την Τζέντα αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις σχετικές με την αστικοποίηση και τις χρήσεις γης. Η αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων απαιτεί την πρόσβαση σε έγκαιρη και έγκυρη ενημέρωση. Το παρόν έγγραφο έδειξε ότι η τηλεπισκόπησης μπορεί να παρέχει έγκαιρη ενημέρωση με δεδομένα που συχνά είναι δύσκολο να αποκτηθούν με τις παραδοσιακές μεθόδους συλλογής δεδομένων. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από SPOT5 με επιβλεπόμενη μέγιστη ταξινόμηση. Τέλος, όπως τα αποτελέσματα μπορεί να ποικίλουν ανάλογα με την ετερογένεια του αστικού τοπίου περαιτέρω έρευνα συνιστάται στην διερεύνηση της χρήσης των εικόνων SPOT5 και της επιβλεπόμενης μέγιστης ταξινόμησης κινδύνου.
