Τηλεπισκόπηση και Εφαρμογές Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για παρακολούθηση διαχρονικών μεταβολών των φυσικών πόρων

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς

M Sabri DIRIM E mail: sdirim@uludag.edu.tr
Ertugrul AKSOY
Gokhan OZSOY
University of Uludag, Faculty of Agriculture, Department of Soil Science, BURSA, TURKEY

Πηγή
Remote Sensing and Gis Applications For Monitoring Multi- Temporal Changes of Natural Resources in Bursa-Turkey
J. BIOL. ENVIRON. SCI.,2009, 3(8), 53-59

Τηλεπισκόπηση και Εφαρμογές Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για παρακολούθηση διαχρονικών μεταβολών των φυσικών πόρων στην Προύσα της Τουρκίας 

ABSTRACT
The main objective was to investigate multi-temporal changes of the natural resources using remote sensing and geographic information system techniques. Landsat5 TM full frame images of 16 June 1984 and 06 August 1998 were used in this study. For this aim, three sub-scenes covering the Bursa city built-up area, Uluabat Lake and Mount Uludağ and its surroundings were extracted from the images. Geometric correction and image enhancement were made for the comparison time series remote sensing data, exact image-on-map overlay and better visual interpretation. Boundary of the Bursa City built-up area and Uluabat Lake was produced from visually interpreted image using both screen and tablet digitizing. Biomass changes of the Mount Uludağ and its surroundings were gathered from normalized vegetation index classification.

The results revealed that the Bursa City built up areas have been expanded at a rate of 142.5 % from 5089 hectares (in 1984) to 12343 hectares (in 1998). The expansions in the built-up areas have been mainly occurred in valuable agricultural lands. In addition, the coverage area of the Uluabat Lake decreased at a rate of 12 % from 133.1 km2( in 1984) to 116.8 (in 1998) km2 due to sediments transported by the surface water of surrounding irrigated agricultural lands, tributary streams and mainly Mustafakemalpaşa River. Moreover, we found that 26292 ha mainly forest and floral areas have been degraded in fourteen years period.

Περίληψη
Ο κύριος στόχος της παρούσας δημοσίευσης είναι η διερεύνηση κατά την διάρκεια πολλών χρονικών μεταβολών των φυσικών πόρων με τη χρήση τηλεπισκόπησης και τεχνικών Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών G.I.S. Eικόνες Landsat5 TM της 16ης Ιουνίου 1984 και της 6ης Αυγούστου 1998 χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα μελέτη. Για το σκοπό αυτό, τρία επιμέρους πεδία που καλύπτει την αστική περιοχή της Προύσας, την λίμνη Uluabat και το όρος Uludağ και τα περίχωρά τους που εξάγονται από τις εικόνες. Γεωμετρική διόρθωση και βελτίωση της εικόνας έγιναν για την σύγκριση των δεδομένων τηλεπισκόπησης με τις χρονοσειρές παρατήρησης, για ακριβέστερη εικόνα του επικαλυπτόμενου χάρτη και καλύτερη οπτική ερμηνεία.
Η Οριοθέτηση της αστικής περιοχή της Προύσας και της λίμνης Uluabat έχει παραχθεί από οπτικά ερμηνευμένη εικόνα με τη χρήση ψηφιοποίησης των στοιχείων. Οι αλλαγές στη βιομάζα του Όρους Uludağ και των περιχώρων του είχαν συγκεντρωθεί από ταξινόμηση του δείκτη βλάστησης.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι κατοικημένες περιοχές του Δήμου Προύσας έχουν επεκταθεί με ρυθμό 142,5%, ήτοι από 5.089 εκτάρια (το 1984) σε 12.343 εκτάρια (το 1998). Οι επεκτάσεις στις κατοικημένες περιοχές έχουν κυρίως συμβεί προς την κατεύθυνση της πολύτιμης γεωργικής γης. Επιπλέον, η περιοχή κάλυψης της Uluabat λίμνης μειώθηκε σε ποσοστό 12% από τα 133,1 (το 1984) σε 116.8 (το 1998) λόγω των ιζημάτων που μεταφέρονται από τα επιφανειακά ύδατα των γύρω αρδευόμενων γεωργικών εκτάσεων μέσω κυρίως του ποταμού Mustafakemalpaşa και των παραποτάμων του.
Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι 26.292 εκτάρια δάσους και κυρίως ανθισμένες περιοχές έχουν υποβαθμιστεί σε περίοδο δεκατεσσάρων ετών. Λέξεις Κλειδιά: Φυσικοί πόροι, χρονικές μεταβολές, παρακολούθηση, τηλεπισκόπιση, ΓΣΠ.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η Τουρκία είναι μια χώρα με έκταση 77.8 εκατομμύρια εκτάρια. Περισσότερο από το ήμισυ της χώρας είναι ορεινό, με εξαίρεση το οροπέδιο της Κεντρικής Ανατολίας και τις παράκτιες πεδιάδες Η διάβρωση του εδάφους είναι μείζων κίνδυνος για την υποβάθμιση της γης στην Τουρκία καθώς και στην επαρχία της Προύσας. Η διάβρωση επηρεάζει 78% της συνολικής έκτασης της χώρας. Στην Τουρκία, 73,9% της γης είναι μέτρια ή σοβαρά επικλινής και η γεωργία απαιτεί επαρκείς πρακτικές προστασίας του εδάφους και του νερού για την πρόληψη της διάβρωσης.
Κάθε χρόνο στην Τουρκία περίπου 1,2 δισεκατομμύρια τόνοι εδάφους αποσαρθρώνονται εξαιτίας της διάβρωσης και 500 εκατομμύρια τόνοι το οποίο είναι ίσο με 150 χιλιάδες εκτάρια γης με 25 εκατοστά βάθος εδάφους οδηγείται προς τις λίμνες, τους ταμιευτήρες και την θάλασσα. Εκτός από τις κλιματικές και τοπογραφικές αιτίες, η διάβρωση του εδάφους, επίσης, είναι το αποτέλεσμα από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως οι αγροτικές κακές πρακτικές, η μετατροπή των δασικών εκτάσεων σε προσωρινή ή μόνιμη γεωργική γη, οι δασικές πυρκαγιές, η υπερβόσκηση και η αποψίλωση των δασών.
Η Προύσα είναι η δεύτερη πυκνοκατοικημένη και βιομηχανική πόλη στην περιοχή του Μαρμαρά. Η πλειοψηφία της γης καλύπτεται από ορεινές και λοφώδεις εκτάσεις. Οι καταθλίψεις έχουν γεμίσει με προσχωσιγενή ιζήματα σε υψόμετρο μεταξύ 50 και 100 μέτρα πάνω από το επίπεδο της θάλασσας (ASL). Αυτή η προσχωσιγενή πεδιάδα καλύπτει μόνο το 17% της συνολικής έκτασης στην επαρχία.Το βουνό Uludag είναι η ψηλότερη κορυφή της επαρχίας με υψόμετρο 2591 μ. Το κλίμα της επαρχίας αλλάζει από τη βάση στην κορυφή, είναι μεσογειακού τύπου στο κάτω μέρος που είναι κοντά στην πόλη της Προύσας, και βροχερό, εν μέρει ήπια μικροθερμικό, με παγωμένο χειμώνα στα μεγαλύτερα υψόμετρα.Σύμφωνα με το δήμαρχο της πόλης ο πληθυσμός έχει αυξηθεί κατά 6,5% (συνολικό ποσοστό αύξησης της Τουρκίας ανέρχεται σε 1,5% το 1997) και περίπου 65.000 άτομα ετησίως στην τελευταία δεκαετία.
Η άνιση κατανομή του πληθυσμού και ο αυξανόμενος αριθμός των μετακινούμενων ατόμων στις βιομηχανικές περιοχές, ιδίως στο δυτικό τμήμα της Τουρκίας έχει ως αποτέλεσμα την μεγάλη πίεση στην γη και φυσικούς πόρους και την μετατροπή των πιο παραγωγικές γεωργικών εκτάσεων σε γη εποικισμού ή βιομηχανικές.Κατά την τελευταία δεκαετία έχουν σημαντικές αλλαγές στη χρήση γης και η υποβάθμιση της γης έχει παρατηρηθεί σε ολόκληρη την επαρχία, αλλά αναλυτικές πληροφορίες δεν έχουν παραχθεί και δεν υπάρχει μακροπρόθεσμος σχεδιασμός και πρακτικές διαχείρισης για την πρόληψη της υποβάθμισης του εδάφους.
Η αποψίλωση των δασών λόγω της παράνομης υλοτόμησης , φωτιά και ως επί το πλείστον μετατροπή δασικής γης σε γεωργική γη και τη διάβρωση του εδάφους είναι οι κύριες διεργασίες υποβάθμισης του εδάφους στην επαρχία της Προύσας. Σύμφωνα με την ανωτέρω κατάσταση της επαρχίας, υπάρχει μια επείγουσα ανάγκη για πιο λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τους διαθέσιμους πόρους και για τη δημιουργία ενός δικτύου πληροφόρησης για επικοινωνία σε εθνικό και διεθνές επίπεδο. Επιπλέον, χρειάζεται να γνωρίζουμε την ποσότητα και την ποιότητα των φυσικών πόρων, και να εξετάσουμε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, την οικονομική βιωσιμότητα, τη βιοποικιλότητα και την κοινωνική δικαιοσύνη για την βιωσιμότητα της γεωργίας στο μέλλον.
Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών GIS και η τηλεπισκόπηση κατέχουν σημαντική θέση σε αυτή τη διαδικασία. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τηλεπισκόπηση και η ταχεία ανάπτυξη των συστημάτων πληροφορικής έχουν κάνει αυτές τις τεχνολογίες άμεσα διαθέσιμες με σχετικά χαμηλό κόστος, για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Η ανάπτυξη επεξεργασίας των εικόνων μονάδα (LPF) και το Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών GIS έχουν αποδειχθεί ότι είναι πολύ αποτελεσματικό εργαλείο για το χειρισμό των δεδομένων της τηλεπισκόπησης και την δυνατότητα μετατροπής από ψηφιακές εικόνες σε χρήσιμα και κοινόχρηστα στοιχεία.

Σκοπός
Η μελέτη που θα εξετασθεί, πραγματοποιήθηκε με τη χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και Τηλεπισκόπησης, προκειμένου να διερευνήσει διαχρονικές μεταβολές των φυσικών πόρων για τη λήψη αποφάσεων στο μέλλον. Το πρώτο λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ειδικά για τον σκοπό αυτό ονομάζεται - Σύστημα Πληροφοριών Ολοκληρωμένης Γης και Νερού) και το δεύτερο λογισμικό, GIS που αναπτύχθηκε από το Οι στόχοι της μελέτης ήταν:
• Να εισάγει το βασικό σχεδιασμό GIS και τις εφαρμογές τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση των φυσικών πόρων.
• Να λάβει υπόψη την επικινδυνότητα της υποβάθμισης της γης στην επαρχία της Προύσας
•Να εξετάσει την κατάσταση των φυσικών πόρων στην επαρχία της Προύσας.
• Να οργανώσει την λήψη αποφάσεων για τη δημιουργία μακροπρόθεσμου σχεδιασμού και τις πρακτικές διαχείρισης, με βάση την αειφορία.

Υλικό

Για τους μεγάλους στόχους της μελέτης, τρία επιμέρους τμήματα εικόνας δημιουργήθηκαν από τα πρωτογενή δεδομένα (Εικόνα 1). Αυτά είναι α) η πόλη της Προύσα ς, β) η Λίμνη Uluabat και γ) το βουνό Uludag και ο περιβάλλον χώρος του
Εικόνα 1

Μέθοδοι
Οι απαραίτητες πληροφορίες για την παρακολούθηση των διαχρονικών μεταβολών των φυσικών πόρων συγκεντρώθηκαν και ταίριαξαν με την χρήση τηλεπισκόπησης και GIS, όπως η δημιουργία ψευδο-φυσικών και ψευδο-σύνθετων χρώματων εικόνων, η βελτίωση, η γεωγραφική διόρθωση, το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο και αναλογικές εικόνες. Τα διαθέσιμα δεδομένα από τις δορυφορικές Landsat5 TM μετατράπηκαν σε μορφή ILWIS. Οι επιμέρους πληροφορίες της φασματικής ζώνης υποβλήθηκαν σε γεωαναφορά μέσω του προγράμματος ILWIS, επιλέγοντας τα σημεία ταυτότητας από τους τοπογραφικούς χάρτες και στη συνέχεια ενισχύθηκαν χρησιμοποιώντας ένα 3 * 3 Laplacian φίλτρο και γραμμική επιμήκυνση για τη βελτίωση της οπτικής πλευράς των εικόνων Ακολούθησε η διαδικασία με την επιλογη χρωματων.
Οπτική ερμηνεία έγινε λόγω χρώματος, υφής, μοτίβου, σχήματος, μέγεθους, διαφοροποίησης σε τόνο για τις αστικοποιημένες περιοχές και η λίμνη Uluabat με το επιλεγμένο σύνθετο χρώμα της εικόνας για την παραγωγή των τμηματικών τους χαρτών το 1984 και το 1993. Οι εικόνες με ψευδο-σύνθετο χρώμα (FCC) που χρησιμοποιούνται, για να καταδείξουν τις αλλαγές αστικοποίησης το 1984 και το 1998 δόθηκαν ως δείγματα εικόνων στην Εικόνα 2.
Εικόνα 2.
Η εικόνα 3 παρουσιάζει τον χάρτη του δείκτη βλάστησης με το βουνό Uludag και το περιβάλλον χώρο το 1984 και το 1998.
Εφαρμογές Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών <db/> Οι δομές δεδομένων (raster και vector) στο λογισμικό ILWIS προσφέρουν πολύπλευρη φιλικότητα προς τον χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων, όπως θεματικές, τοπογραφικές, εδαφών, κάλυψη της γης και χάρτες χρήσεων γης, καθώς και βάσεων δεδομένων με ξεχωριστές ιδιότητες. Μερικές από τις σημαντικές δυνατότητες του πακέτου ILWIS που είναι η ανακατάταξη, η επικάλυψη και η ψηφιοποίηση χρησιμοποιήθηκαν ως μέρος της διαδικασίας επεξεργασίας των δεδομένων (Εικόνες 4 και 5)..
Aποτελέσματα
Τα αποτελέσματα που συγκεντρώθηκαν με την μορφή στατιστική ανάλυση των χαρτών για τις δομημένες περιοχές, δείχνουν ότι 7.244 εκτάρια γης έχουν αστικοποιηθεί λόγω της πίεσης του πληθυσμού και την εκβιομηχάνιση κατά την περίοδο των δεκατεσσάρων ετών. Η μετατροπή γεωργικών εκτάσεων για την δομημένη γη συνέβη κυρίως κοντά στις κύριες και δευτερεύουσες οδούς και κατά μήκος από την Προύσα προς την Άγκυρα στην κατεύθυνση ανατολής, Κωνσταντινούπολη προς την βόρεια κατεύθυνση και Σμύρνη προς την κατεύθυνση της δύσης. Αυτοί οι δρόμοι αποδείχθηκαν πολύ ελκυστικές περιοχές για κτίρια, στέγαση και εργοστάσια που προσανατολίζονται προς τις κοντινές αγορές των μεγάλων πόλεων. Ως αποτέλεσμα της αύξησης του πληθυσμού και της βιομηχανικής ανάπτυξης, 6.373 εκτάρια γεωργικών εκτάσεων έχουν μετατραπεί σε αστική γη σε ποσοστό 148,9% (Πίνακας 1). Επίσης φαίνεται ότι υψηλό ποσοστό της αστικοποίησης έχει συμβεί σε καλής ποιότητας γεωργικών εκτάσεων με τη γη να κατατάσσεται στην ανώτερη κατηγορία <db/> Πίνακας 1. Απώλειες Αγροτικής γης σε σχέση με την κατηγορία παραγωγικότητά της στην Προύσα, 1984-1998
Συμπεράσματα

Πρόσφατα, η παρακολούθηση, η διερεύνηση και η καταγραφή της ποσότητας και της ποιότητας των φυσικών πόρων με μια γρήγορη και ακριβή μέθοδο έχει γίνει πιο σημαντική από ποτέ για την βιώσιμη χρήση της γης και την εξέταση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, της οικονομικής βιωσιμότητας, της βιοποικιλότητας και της κοινωνικής δικαιοσύνης. Είναι ο ακρογωνιαίος λίθος για τη μακροπρόθεσμο σχεδιασμό και τις πρακτικές διαχείρισης για την πρόληψη της υποβάθμισης της γης και της βιώσιμης χρήσης των φυσικών πόρων. Αποκάλυψε ότι τα αποτελέσματα δείχνουν ότι πρέπει επειγόντως να παραχθεί περισσότερο λεπτομερής και πρόσφατη πληροφορία σχετικά με τους φυσικούς πόρους μας με χρήση νέων τεχνολογιών και τη δημιουργία σε τοπικό, περιφερειακό και εθνικό σχέδιο χρήσεων γης και νομοθεσία σε βιώσιμη βάση για την πρόληψη της υποβάθμισης.
Η έρευνα έδειξε επίσης ότι το Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών GIS και τεχνολογία της τηλεπισκόπισης κατέχουν σημαντική θέση σε αυτή τη διαδικασία. Οι πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνικές τηλεπισκόπισης και η ταχεία ανάπτυξη των συστημάτων πληροφορικής έχουν κάνει αυτές τις τεχνολογίες άμεσα διαθέσιμες με σχετικά χαμηλό κόστος, για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
Η ανάπτυξη των εικόνων εγκατάστασης επεξεργασίας (LPF) και το Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) παρέχουν νέα και ισχυρά εργαλεία για την εξυπηρέτηση των φυσικών πόρων για το σχεδιασμό και λήψη αποφάσεων για να ληφθούν εύκολα ακριβείς πληροφορίες και να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για την φυσική ανάπτυξη και διατήρηση των πόρων.