Τηλεπισκόπηση, GIS και χαρτογράφηση χρήσεων και καλύψεων γης κατά μήκος του Διαδρόμου Ι-10
Από RemoteSensing Wiki
Remote sensing, GIS, and land use and land cover mapping along the I – 10 Corridor
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: Adam Johnson, Dennis D. Truax, Charles G. O’Hara, John Cartwright
Πηγή: [1]
1. Παρουσίαση του προβλήματος
Η περιοχή μελέτης είναι η πολιτεία 10 (Interstate 10) ή αλλιώς Ι-10 Διάδρομος, η οποία περιλαμβάνει τις τρεις νοτιότερες περιοχές του Μισσισσιππή : Hancock, Harrison και Jackson. Για μία ευαίσθητη περιβαλλοντικά περιοχή όπως αυτή, συνεχόμενες έρευνες μελετούν τις αλλαγές στις καλύψεις γης στην περιοχή, με ιδιαίτερη έμφαση σε αλλαγές που έχουν προκύψει εξαιτίας της ολοκλήρωσης της πολιτείας Ι – 10. Αναλύσεις πληθυσμιακών και δημογραφικών πληροφοριών, τα υπάρχοντα δεδομένα κάλυψης γης και μη φασματικές αναδρομικές έρευνες υποδεικνύουν πως η περιοχή έχει αλλάξει δραματικά τα τελευταία 30 χρόνια, ως ένδειξη της αύξησης πληθυσμού κατά περίπου 50%. Αυτές οι προκαταρκτικές έρευνες ανίχνευσαν την αύξηση και την αλλαγή, αλλά η έλλειψη φασματικής ανάλυσης δεν επιτρέπει την αναγνώριση ειδικών μοντέλων ανάπτυξης και αλλαγών για την περιοχή.
2. Σκοπός της εφαρμογής
Η μελέτη αυτή από το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Μισσισσιππή, περιέχει την ανάλυση χρήσεων/καλύψεων γης (Land use/Land Cover – LULC) για ένα ευαίσθητο, αλλά και πολύπλοκο περιβάλλον. Οι συνολικοί στόχοι είναι οι εξής : i) ανάλυση τις τάσεις LULC με βάση προηγούμενες μελέτες στο αντικείμενο, ii) εκτίμηση της παρούσας LULC της περιοχής και της ποσότητας και του τύπου των αλλαγών στο τοπίο σε αυτό το αντικείμενο την τελευταία δεκαετία με τη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων, iii) η σύγκριση διαφόρων μεθοδολογιών για την LULC ταξινόμηση, λαμβάνοντας υπόψη την ακρίβεια και την ισχύ του τελικού προϊόντος ταξινόμησης.
3. Διαδικασίες ταξινόμησης
Η LULC ταξινόμηση του Ι – 10 Διαδρόμου της ακτής του κόλπου του Μισσισσιππή βασίστηκε αρχικά σε δεδομένα από Landsat 5 Θεματικό Χαρτογράφο (1990) και από Landsat 7 επαυξημένο θεματικό χαρτογράφο (2000). Πέρα από τα δορυφορικά δεδομένα από Landsat, χρησιμοποιήθηκαν διάφορες άλλες πηγές χωρικών δεδομένων, έτσι ώστε να αποκτήσουν επίγνωση σε αναπτυξιακά πρότυπα, τάσεις και για την πρόβλεψη μελλοντικών προτύπων ανάπτυξης. Αυτά τα δεδομένα περιλαμβάνουν αεροφωτογραφίες, δημογραφικά δεδομένα από GIS, Διεθνή δεδομένα κάλυψης γης και LULC δεδομένα από το αυτοματοποιημένο σύστημα πληροφοριών του Μισσισσιππή. Η αρχική LULC ταξινόμηση προήλθε από το σύστημα ταξινόμησης Anderson για ταξινόμηση ενός επιπέδου. Επιλέχθηκαν έξι κλάσεις : οικιστικές περιοχές, αραιή βλάστηση, δάση, βάλτοι, γυμνό έδαφος και νερό. Οι κλάσεις του επιπέδου 1 μετά χρησιμοποιούνταν για να δημιουργηθούν τάξεις επιπέδου 2, όπου οι οικιστικές περιοχές διαιρέθηκαν σε κατοικίες, βιομηχανικές περιοχές και δίκτυο μεταφορών. Η ταξινόμηση πραγματοποιήθηκε σε εικόνες από τον Αύγουστο του 1990 έως τον Ιούλιο του 2000, γεγονός το οποίο επέτρεψε για μία πλήρη επισκόπηση των αλλαγών την τελευταία δεκαετία. Οι αρχικές διαδικασίες ανάλυσης εμπεριείχαν το δείκτη NDVI (Normalized Difference Vegetation Index, [2]). Η αρχική ανάλυση ταξινόμησης χρησιμοποίησε προϊόντα διαχωριστικής ανάλυσης για να ξεχωρίσει τα υδατικά και εδαφικά χαρακτηριστικά. Μέσω επιβλεπόμενης ταξινόμησης, το νερό απομονώθηκε στην εικόνα, με αποτέλεσμα μια αναλυτική οπτική των εδαφικών χαρακτηριστικών. Το εδαφικό τμήμα σε συνδυασμό με μία νέα επιβλεπόμενη ταξινόμηση, διαχωρίστηκε και από τις βαλτώδεις περιοχές. Στο αποτέλεσμα εφαρμόστηκε ο δείκτης NDVI που προαναφέρθηκε για να διαχωριστούν τα στοιχεία βλάστησης και μη βλάστησης, και έτσι παρήχθησαν οι δύο τελευταίες οπτικές ανάλυσης. Τα στοιχεία μη βλάστησης χρησιμοποιήθηκαν για να καθοδηγήσουν μια μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση των οικιστικών περιοχών και των γυμνών εδαφών, ενώ τα στοιχεία βλάστησης σε συνδυασμό με άλλη μια επιβλεπόμενη ταξινόμηση, χρησιμοποιήθηκαν για την αναγνώριση δασικών και μη δασικών περιοχών. Οι ταξινομήσεις που προέκυψαν συνδυάστηκαν για να δημιουργήσουν το τελικό ολικό προϊόν ταξινόμησης για τον Ι-10 Διάδρομο. Με την ταξινόμηση ολοκληρωμένη, μια εκτίμηση της ακρίβειας του τελικού προϊόντος διενεργήθηκε με τη χρήση τυχαία επιλεγμένων σημείων αναφοράς στο πεδίο. Για να υπερκαλυφθούν θέματα προσβασιμότητας των σημείων, αυτά επιλέχθηκαν εντός μίας συγκεκριμένης απόστασης από το υπάρχον δίκτυο μεταφορών. Τέλος, ο συνολικός αριθμός αλλαγών ποσοτικοποιήθηκε για την περασμένη δεκαετία, με έμφαση στις αλλαγές αναπτυγμένων και μη αναπτυγμένων κλάσεων χρήσεων/καλύψεων γης, καθώς αυτές σχετίζονται με την υποδομή του δικτύου μεταφορών της περιοχής.
4. Αποτελέσματα και σχολιασμός
Η τελική ταξινόμηση παρέχει μία σφαιρική εικόνα των κύριων LULC χαρακτηριστικών της περιοχής μεταξύ του 1990 και του 2000. Η κατάταξη σε πίνακες και οι υπολογισμοί της περιοχής παρέχουν με τη σειρά τους ένα ολοκληρωμένο σετ δεδομένων, όσον αφορά το ολικό τοπίο και τον τύπο και την ποσότητα των αλλαγών που έχουν προκύψει. Οι γραφικές αναπαραστάσεις προσφέρουν μια γενική ενόραση στις σχετικές ποσότητες των καθορισμένων τάξεων κατά μήκος του τοπίου. Η ταξινόμηση εν τέλει ήταν ικανή να διαχωρίσει έξι τάξεις χρήσεων/καλύψεων γης με συνολική ακρίβεια της τάξης του 73%. Ανεπάρκειες στην ακρίβεια μπορεί να οφείλονται σε διάφορους παράγοντες, όπως η ποιότητα της εικόνας, οι κλιματικές συνθήκες και οι διαδικασίες εκτίμησης. Οι συνολικές αλλαγές στο τοπίο δείχνουν μία αυξημένη τάση για αστική ανάπτυξη (53%) με την αραιή βλάστηση και τους παράκτιους υγροτόπους να υποφέρουν τις συνέπειες. Οι τάσεις που σχετίζονται με αυτή την ανάπτυξη φαίνεται να ακολουθούν την υπάρχουσα υποδομή μεταφορών κατά μήκος της ακτής. Τέτοια ανάπτυξη συχνά καθοδηγείται ή και μερικές φορές περιορίζεται από περιβαλλοντικά ευαίσθητες ή προστατευόμενες περιοχές. Η μελλοντική ανάπτυξη φαίνεται να οδηγείται περισσότερο προς τους βόρειους – νότιους διαδρόμους, οδηγώντας μακριά από την ακτή, σε αντίθεση με παρελθοντικές αναπτυξιακές τάσεις που ακολουθούσαν περιοχές με επιχειρήσεις ψυχαγωγίας σε εγγύτητα με την ακτογραμμή.
