Τηλεπισκόπηση αστικών χώρων πρασίνου: Μια ανασκόπηση

Από RemoteSensing Wiki

Remote sensing of urban green spaces: A review

Amir Reza Shahtahmassebi, Chenlu Li, Yifan Fan, Yani Wu, Yue lin, Muye Gan, Ke Wang, Arunima Malik, George Alan Blackburn

πηγή: [[1]]

Μετάφραση και περίληψη:

Εισαγωγή:

Σύμφωνα με μελέτες οι κάτοικοι των αστικών περιοχών θα αποτελούν το 70% του παγκόσμιου πληθυσμού έως το 2050. Το γεγονός αυτό πολύ πιθανό να οδηγήσει σε περιβαλλοντικά προβλήματα στις πόλεις. Για τον μετριασμό αυτού του προβλήματος μπορούν να βοηθήσουν οι αστικοί πράσινοι χώροι. Οι χώροι αυτοί είναι τα φυσικά, ημιφυσικά και τεχνητά συστήματα εντός γύρω και μεταξύ των αστικών περιοχών κάθε χωρικής κλίμακας. Για να βγουν θετικά αποτελέσματα από όλο αυτό θα πρέπει να προστατευτούν οι ήδη υπάρχων αστικοί πράσινοι χώροι και ταυτόχρονα να αναπτυχθούν και άλλοι. Ως εκ τούτου οι αστικοί πράσινοι χώροι είναι ζωτικής σημασίας για την αστική επιστήμη, όπως είναι ο σχεδιασμός, η διαχείριση και η δημόσια υγεία. Τρόποι εντοπισμού των αστικών πράσινων χώρων είναι η επιτόπια προσέγγιση η οποία είναι χρονοβόρα και δαπανηρή, ωστόσο ο καλύτερος τρόπος αποδείχθηκε η τηλεπισκόπιση και η παρατήρηση από αεροφωτογραφίες. Σε αυτό το άρθρο θα μάθει κανείς την καλύτερη χρήση των δεδομένων τηλεπισκόπησης και θα διεγείρουν τους ερευνητές να αναλύσουν την σχέση μεταξύ των δεδομένων αυτών και των αστικών πράσινων χώρων. Τέσσερα βασικά ερωτήματα εξετάζονται:

• Πώς και γιατί η χρήση της τηλεπισκόπησης στις μελέτες των χώρων αστικού πρασίνου ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου και του χώρου
• Ποια είναι τα κύρια τεχνικά ζητήματα κατά τη χρήση της τηλεπισκόπησης για τη μελέτη των αστικών χώρων πρασίνου
• Ποιοι είναι οι κύριοι θεματικοί τομείς εφαρμογής για την τηλεπισκόπηση των αστικών χώρων πρασίνου

Μεθοδολογία:

Ο τρόπος που συλλέχθηκαν στοιχεία σε αυτήν την εργασία βασίστηκε στις κατευθυντήριες γραμμές των αναλυτών Pullin και Stewart. Η συλλογή και η ανάλυση των δεδομένων έγιναν κατά τα βήματα:

• Συλλογή: Συγκέντρωση άρθρων με λέξεις κλειδιά μεταξύ 1982 και 2019 (1982 αρχή χρήσης τηλεπισκόπησης)
• Βελτιοποίηση: 1500 εργασίες συλλέχθηκαν και εξετάστηκαν ανεξάρτητα από εννέα κριτές για τον εντοπισμό των κατάλληλων μελετών. Τα κριτήρια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα δεδομένα και τεχνικές τηλεπισκόπησης που θα πρέπει να είναι εντός του πλαισίου για την μελέτη των αστικών χώρων πρασίνου. Η έρευνα θα πρέπει να διερευνήσει την επίδραση της χρονικής, χωρικής, φασματικής προεπεξεργασίας και κόστους αποτελεσματικότητας στις μελέτες των αστικών χώρων πρασίνου. Τέλος η έρευνα πρέπει να παρουσιάζει θεματικές περιοχές εφαρμογής για τηλεπισκόπηση των αστικών χώρων πρασίνου. Όλα όσα ειπώθηκαν στις ενότητες εξετάστηκαν από κριτές. Η μελέτη αυτή κατέληξε σε 136 επιλεγμένες εργασίες.
• Στατιστική ανάλυση: Όλες οι εργασίες που συμπεριλήφθηκαν στην ανασκόπηση αναλύθηκαν ανά έτος δημοσίευσης, χώρα, απαιτήσεις τηλεπισκόπησης δεδομένων, όνομα αισθητήρων, αναλυτικές μεθόδους και θεματικές ομάδες.
• Παρουσίαση αποτελεσμάτων και συζήτηση

Αποτελέσματα:

Σύμφωνα με τα ερωτήματα που τέθηκαν θα βγουν και τα αντίστοιχα αποτελέσματα:

1. Πώς και γιατί η χρήση της τηλεπισκόπησης στις μελέτες των χώρων αστικού πρασίνου ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου και του χώρου: Η έλλειψη κατάλληλων τεχνικών επεξεργασία εικόνας πριν το 2001 θα μπορούσε να έχει εμποδίσει την πρόοδο προς την εφαρμογή αυτών των δεδομένων για τις περιοχές αστικού πρασίνου. Για αυτό και παρατηρείται μια τεράστια αύξηση στα άρθρα που γράφουν για τους αστικούς χώρους πρασίνου στις αρχές του 21αιώνα. Σε αυτό έπαιξε ρόλο η αυξημένη διαθεσιμότητα τεχνολογίας τηλεπισκόπησης και η υψηλή χωρική ανάλυση. Επιπλέον αυτές οι εικόνες υψηλής ανάλυσης έχουν γίνει διαθέσιμες και δωρεάν στο ευρύ κοινό. Δεύτερον υπάρχει ένας συνδυασμός ανίχνευσης και εμβέλειας φωτός με τις τεχνολογίες υπερφασματικής τηλεπισκόπησης. Τρίτον το κόστος έχει μειωθεί έως και είναι δωρεάν μετά το 2009. Τέταρτον ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος έχει εφαρμόσει το πρόγραμμα Copernicus με μια πολιτική ελεύθερης και ανοιχτής πρόσβασης με εικόνες μέσης χωρικής ανάλυσης οι οποίες ήταν ευεργετικές σε πολλές μελέτες αστικών χώρων πρασίνου. Τα αποτελέσματα αυτά μέσων των τεσσάρων βασικών εξελίξεων φαίνονται βάση της αύξησης των δημοσιεύσεων που έχουν εκμεταλλευτεί αυτές τις τεχνικές δυνατότητες για τη μελέτη των αστικών χώρων πρασίνου. Ένας επιπλέον λόγος για την αύξηση των μελετών είναι ότι αρκετοί διεθνείς οργανισμοί κάνουν εκτεταμένες έρευνες των αστικών περιοχών πρασίνου.
2. Ποια είναι τα κύρια τεχνικά ζητήματα κατά τη χρήση της τηλεπισκόπησης για τη μελέτη των αστικών χώρων πρασίνου: Οι κατηγορίες και οι θεματικές περιοχές των αστικών χώρων πρασίνου έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη διερεύνηση που βασίζεται στην τηλεπισκόπιση. Οι χώροι αστικού πρασίνου χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τα μεσαία έως μεγάλης κλίμακας πάρκα και αστικά δάση και τα μικρής κλίμακας όπως κήποι και το πράσινο της αυλής. Αυτό και άλλα τεχνικά ζητήματα πρέπει να ληφθούν για να καθοριστεί η κατάλληλη προσέγγιση μελετών τηλεπισκόπησης. Σύμφωνα με την έρευνα οι περισσότερες μελέτες που χρησιμοποιούν υψηλή χωρική ανάλυση από 2μ έως 16μ έβγαλαν καλά αποτελέσματα (με αυτά να μειώνονται όσο χαμηλότερη η χωρική ανάλυση). Ωστόσο οι εικόνες με υψηλή χωρική ανάλυση δεν είναι ελεύθερες στο κοινό και έχουν μεγάλα ποσοστά σκιάς που καλύπτει μεγάλες επιφάνειες αστικού πρασίνου. Αυτό μπορεί να αντισταθμιστεί σε ορισμένες προκλήσεις με την διαθεσιμότητα σε εικόνες μέσης χωρικής ανάλυσης. Η φασματική απόκριση των αστικών χώρων πρασίνου μπορεί να είναι πολύ ετερογενή με τα αστικά υλικά για αυτό απαιτούνται δεδομένα εξ αποστάσεως επαρκούς φασματικής ανάλυσης. Επίσης ο χρόνος λήψης εικόνας είναι πολύ σημαντικός παράγοντας λόγω των φυσικών κύκλων της βλάστησης που προκαλούν αλλαγές στην βιοχημεία των φύλλων και στη δομή του θόλου της βλάστησης. Τα συστήματα LiDAR επίσης προσφέρουν μια από τις πιο ακριβείς τεχνικές για τον χαρακτηρισμό των καλυμμάτων από τοπικές έως περιφερειακές κλίμακες. Οι εικόνες από δορυφόρους της Google Street View παρέχουν πολλές πληροφορίες σχετικά με τα οπτικά εφέ των χώρων αστικού πρασίνου στους πολίτες. Το Google Earth Engine είναι μια υπολογιστική πλατφόρμα γεωχωρικής επεξεργασίας που βασίζεται σε σύννεφο και προσφέρει δορυφορική ανάλυση και επεξεργασία δεδομένων GIS από τοπική έως παγκόσμια κλίμακα. Ακόμα η ατμόσφαιρα της γης επηρεάζει την επιφανειακή ανακυκλωμένη ακτινοβολία που καταγράφεται από τους δορυφορικούς αισθητήρες. Αυτό σε συνδυασμό με την επιβαρυμένη ατμόσφαιρας λόγω της μόλυνσης μπορεί να είναι επιζήμιο. Τέλος, η βασική λογική της χρήσης των εικόνων τηλεπισκόπησης σε μελέτες αστικού πρασίνου είναι η μείωση κόστους.
3. Ποιες αναλυτικές τεχνικές έχουν χρησιμοποιηθεί στην τηλεπισκόπηση των αστικών χώρων πρασίνου: Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι οι τεχνικές είναι υβριδικές μέθοδοι, ακολουθούμενες από ανάλυση εικόνας βάσει αντικειμένων, δείκτες κάλυψης γης και μέθοδοι κλασμάτων. Πολλοί συγγραφείς έχουν εφαρμόσει ανάλυση εικόνας βάσει αντικειμένων για την χαρτογράφηση χώρων αστικού πρασίνου. Ένα μεγάλο ρεύμα μελετών χρησιμοποιεί δείκτες κάλυψης γης για να χαρακτηρίσει τους χώρους αστικού πρασίνου. Τέλος μέθοδοι κλασμάτων έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές μελέτες.
4. Ποιοι είναι οι κύριοι θεματικοί τομείς εφαρμογής για την τηλεπισκόπηση των αστικών χώρων πρασίνου: Στην ενότητα αυτή εστιάζουμε στην ποικιλία των θεματικών περιοχών που σχετίζονται με τους χώρους αστικού πρασίνου. Αυτές οι κατηγορίες είναι η απογραφή και αξιολόγηση, η εκτίμηση βιομάζας και άνθρακα, η ανίχνευση αλλαγής, οι υπηρεσίες οικοσυστήματος, η συνολική χαρτογράφηση χώρων αστικού πρασίνου, η χαρτογράφηση ειδών και η τρισδιάστατη μοντελοποίηση.

Διαβούλευση:

Τα ευρήματα αυτής της ανασκόπησης έδειξαν ότι ο όγκος της επιστημονικής βιβλιογραφίας που σχετίζεται με την ανάλυση των χώρων αστικού πρασίνου με τη βοήθεια τηλεπισκόπησης αυξάνεται ραγδαία από το 2000. Αυτή η τάση κατέδειξε τη σημαντική συμβολή της επιστήμης της τηλεπισκόπησης στην παρακολούθηση, τον σχεδιασμό και διαχείριση των χώρων αστικού πρασίνου. Οι βασικές ανησυχίες που έχουν εντοπιστεί είναι:

• Η παρουσία σκιάς σε εικόνες υψηλής χωρικής ανάλυσης μπορεί να μειώσει την ακρίβεια χαρτογράφησης των χώρων αστικού πρασίνου
• Σε σύγκριση με την ανίχνευση ειδών οι μελέτες σχετικά με τη χρήση υπερφασματικών πληροφοριών σε χώρους αστικού πρασίνου βρίσκονται σε πρώιμο στάδιο
• Υπάρχει ανάγκη να αναπτυχθούν μέθοδοι για την εξαγωγή ενημερωτικών και έξυπνων πληροφοριών από το Google Street View
• Οι υπάρχουσες προσεγγίσεις χαρτογράφησης μπορεί να μην επαρκούν για την αποτύπωση της πολυπλοκότητας των χώρων αστικού πρασίνου
• Οι πολιτικές δεδομένων Copernicus, Landsat και Google Earth εγγυώνται τη συνεχή απόκτηση και διάδοση δεδομένων για δεκαετίες
• Αν και αυτή η ανασκόπηση κάλυψε τη συμβολή της τηλεπισκόπησης σε μελέτες των χώρων αστικού πρασίνου, δεν εξετάσαμε τις λεπτομερείς τεχνικές πτυχές
• Αν και αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι οι εικόνες SAR θα μπορούσαν να έχουν αξία στη χαρτογράφηση αστικής κάλυψης γης το δυναμικό τέτοιων δεδομένων ειδικά σε μελέτες των χώρων αστικού πρασίνου φαίνεται να υποεξετάζεται
• Αν και πολλές ερευνητικές προσπάθειες έχουν προσανατολιστεί προς τις εφαρμογές του GEE στη μελέτη των χώρων αστικού πρασίνου, υπάρχει μεγάλη ανάγκη για παροχή μιας ολοκληρωμένης σύγκρισης μεταξύ μιας σειράς τεχνικών στο GEE όσον αφορά την ανάλυση των χώρων αστικού πρασίνου
• Τα χώρων αστικού πρασίνου μικρής κλίμακας, όταν ληφθούν υπόψη στο σύνολό τους, μπορούν να αντιπροσωπεύουν σημαντικό αριθμό αστικών χώρων

Έχει αποδειχθεί ότι τα δεδομένα τηλεπισκόπησης προσφέρουν μια πολύτιμη πηγή πληροφοριών που επιτρέπει σε ερευνητές και διαχειριστές που εργάζονται με χώρων αστικού πρασίνου να προχωρήσουν πέρα από τις παραδοσιακές μεθόδους και να αντιμετωπίσουν προβλήματα μεγάλης κλίμακας.

Συμπεράσματα:

Αυτή η ανασκόπηση είχε ως στόχο να τονίσει τον ρόλο της τεχνολογίας της τηλεπισκόπησης. Από αυτή την άποψη και ως εκ τούτου να χρησιμεύσει ως πιθανός οδηγός για διευθυντές και ερευνητές. Καθιερώθηκε μια συστηματική ανασκόπηση της βιβλιογραφίας για να συνοψιστεί και να αναλυθεί συνοπτικά: οι τάσεις στην τηλεπισκόπηση των χώρων αστικού πρασίνου στο χώρο και στο χρόνο, θεωρήσεις δεδομένων τηλεπισκόπησης στο πλαίσιο των χώρων αστικού πρασίνου, μεθόδους εξαγωγής πληροφοριών σχετικά με τους χώρους αστικού πρασίνου από δεδομένα τηλεπισκόπησης και διαφορετικές θεματικές περιοχές εφαρμογής για τηλεπισκόπηση χώρων αστικού πρασίνου. Η ανασκόπηση έδειξε ότι οι μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει διάφορους τύπους τηλεπισκόπησης εικόνων για την εξαγωγή βασικών παραμέτρων που είναι απαραίτητες για την ανάλυση των περιοχών χώρων αστικού πρασίνου.