ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗΣ ΒΛΑΣΤΗΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Landsat ΤΜ: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή: Mapping Fire-Induced Vegetation Mortality Using Landsat Thematic Mapper Data: A Comparison of Linear Transformation Techniques

Συγγραφείς: Mark W. Patterson and Stephen R. Yool

ΣΚΟΠΟΣ

Η αναζωογόνηση δασικών περιοχών που έχουν καταστραφεί από πυρκαγιά βασίζεται στη συλλογή στοιχείων που θα επιτρέψουν τον σωστό σχεδιασμό διαχείρισης. Εξαιτίας της έλλειψης αξιόπιστων ιστορικών δεδομένων, υπάρχουν αρκετά ασαφή σημεία τα οποία όμως μπορούν να αντιμετωπιστούν μέσω της τεχνολογίας της τηλεπισκόπησης. Σε αυτή τη μελέτη παρουσιάζεται η χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων για την χαρτογράφηση δασικών περιοχών που στο πρόσφατο παρελθόν καταστράφηκαν από πυρκαγιά. Στα πλαίσια της μελέτης αυτής συγκρίνονται οι μετασχηματισμοί κατά Kauth–Thomas (KT) και κατά τα κύρια στοιχεία (principal components-PC) για την χαρτογράφηση της καταστροφικότητας πυρκαγιών.

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ KT ΚΑΙ PC

Ο μετασχηματισμός ΚΤ αρχικά αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα σάρωσης του πολυφασματικού ανιχνευτή Landsat σε εφαρμογές καλλιεργειών. Σε αυτόν τον μετασχηματισμό χρησιμοποιούνται διαφορετικά σύνολα συντελεστών ανάλογα με το ποια δεδομένα Landsat χρησιμοποιούνται. Ο μετασχηματισμός PC είναι μια τεχνική γραμμικού μετασχηματισμού που χρησιμοποιείται πολύ συχνά κατά την ανάλυση τηλεπισκοπικών εικόνων. Χρησιμοποιείται για την συμπίεση δεδομένων σε μορφή ευκολότερα διαχειρίσιμων χαρακτηριστικών. Αυτό επιτυγχάνεται με περιστροφή των αρχικών δεδομένων στους βασικούς άξονες έτσι ώστε τα τελικά στοιχεία που θα προκύψουν να έχουν ορθογωνική σχέση μεταξύ τους. Η διαφοροποίηση που παρουσιάζουν τα τελικά δεδομένα αυξάνει μονότονα ως προς το κάθε ένα από τα επιμέρους στοιχεία, με τα πρώτα τρία στοιχεία να παρουσιάζουν διαφοροποίηση κατά 95% ή παραπάνω ως προς την συνολική διαφοροποίηση από τα αρχικά δεδομένα.

ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Οι χάρτες που περιγράφουν την έκταση της καταστροφής που προκάλεσε μια πυρκαγιά, συμπληρώνουν τις διαδικασίες διαχείρισης οικοσυστημάτων, παρέχοντας βασικά δεδομένα ως προς την καταστροφικότητα και την έκταση της φωτιάς, δεδομένα που είναι απαραίτητα για την διαχείριση των πυρκαγιών. Τα δεδομένα από τους χάρτες αυτούς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ταυτοποίηση περιοχών στις οποίες σημειώθηκε πυρκαγιά διαφορετικής καταστροφικότητας, ενώ μπορούν να παρέχουν στους διαχειριστές πυρκαγιών τους διαθέσιμους πόρους για προσπάθειες αποκατάστασης. Οι χάρτες καταστροφικότητας που προκύπτουν από τα τηλεπισκοπικά δεδομένα μπορούν επιπλέον να μειώσουν τον χρόνο και τα χρηματικά ποσά που είναι απαραίτητα για την ταυτοποίηση περιοχών οι οποίες χρειάζονται αποκατάσταση, αφού εξαλείφουν την ανάγκη για έρευνες πεδίου μεγάλης κλίμακας. Η υποβάθμιση της βλάστησης, η έκθεση του εδάφους, αλλαγές στο χρώμα του εδάφους αλλά και αλλαγές της υγρασία που περιέχεται στη βλάστηση ή το έδαφος είναι χαρακτηριστικά που προκαλούνται από την πυρκαγιά και μπορούν να μελετηθούν σε τηλεπισκοπικές εικόνες. Για παράδειγμα οι πυρκαγιές που καταστρέφουν το φύλλωμα μειώνουν την χλωροφύλλη και την υγρασία της βλάστησης. Αυτές οι μειώσεις προκαλούν ευδιάκριτες αλλαγές στις αποκρίσεις των πολυφασματικών ανιχνευτών. Ειδικότερα, η παραπάνω μείωση οδηγεί σε πτώση των τιμών ανακλαστικότητας των καναλιών του ορατού και του εγγύς-υπεριώδους ενώ οι τιμές ανακλαστικότητας του μέσου υπεριώδους αυξάνονται.

ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΔΕΔΟΜΕΝΑ

Στα πλαίσια της μελέτης ορίστηκαν σημεία αναφοράς εδάφους που χρησιμοποιήθηκαν για την λήψη δειγμάτων στην περιοχή μελέτης. Επιλέχθηκαν περισσότερα από 500 σημεία από ένα στρωματοποιημένο επίπεδο δειγματοληψίας με βάση ομογενείς συνδυασμούς χαρακτηριστικών. Κατά την επιλογή των σημείων δειγματοληψίας εξετάστηκαν όσο το δυνατόν περισσότεροι τύποι εδαφών. Κάθε σημείο αποτελείται από μια ροζέτα πέντε κυκλικών διαγραμμάτων, καθένα από τα οποία έχει ακτίνα 10 μέτρα και κέντρα 30 μέτρων. Τα σημεία ορίστηκαν ανά 200 μέτρα κατά μήκος της πορείας που μεγιστοποιούσε την διαφοροποίηση του τύπου του εδάφους. Η τοποθέτηση του διαγράμματος συσχετίστηκε με την θέση του ΤΜ χρησιμοποιώντας ένα παγκόσμιο σύστημα προβολής. Με οπτική επιθεώρηση πραγματοποιήθηκε ταξινόμηση του διαγράμματος του κάθε σημείου, με βάση την τάξη καταστροφικότητας (ένταση πυρκαγιάς) που κυριαρχούσε σε κάθε διάγραμμα.

ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΕΣ

Η περιοχή μελέτης απομονώθηκε από μια εικόνα πλήρους πεδίου δορυφόρου Landsat TM (μονοπάτι 35/γραμμή 37, ημερομηνία λήψης 19 Ιουνίου 1995)(Εικόνα 1). Το τμήμα της εικόνας που μελετήθηκε διορθώθηκε λόγω τοπικής κάλυψης νεφών μέσω σχηματισμού ενός λόγου μεταξύ ενός καναλιού του ορατού φάσματος και ενός καναλιού από το εγγύς ή μέσο υπέρυθρο καθώς τα κανάλια του υπεριώδους επηρεάζονται ελάχιστα σε σχέση με τα αντίστοιχα κανάλια του ορατού φάσματος. Για την ατμοσφαιρική διόρθωση της εικόνας εφαρμόστηκαν μοντέλα ψηφιακής απομάκρυνσης (USGS Digital Elevation Models) με χρήση μετασχηματισμού τρίτης τάξης.

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ KT ΚΑΙ PC

Η μελέτη ως προς την ακρίβεια ταξινόμησης των μεθόδων μετασχηματισμού αναδεικνύει την μέθοδο KT ως ακριβέστερη ως προς την μέθοδο PC. Μια απλή παρατήρηση των πιθανοτικών αποτελεσμάτων δεν αποκαλύπτει άμεσα τους λόγους αυτής της κατανομής στις αντίστοιχες εικόνες. Η οπτική παρατήρηση των KT και PC εικόνων οδηγεί στον χαρακτηρισμό τους ως παρόμοιες. Όταν όμως γίνει διαχωρισμός των επιμέρους τάξεων (τάξη 1:επιφανειακή φωτιά-μερική ή μηδενική καταστροφή φυλλώματος, τάξη 2:ολική καταστροφή φυλλώματος/άθικτη οργανική ύλη εδάφους, τάξη 3:ολική καταστροφή φυλλώματος/κατανάλωση οργανικής ύλης εδάφους) οι διαφορές είναι εμφανείς (Εικόνα 2).

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Οι πυρκαγιές που προκαλούν διαφορετικής έκτασης καταστροφή (θερμοκρασία και διάρκεια) και οι προκαλούμενες αποκρίσεις στη βλάστηση και στο έδαφος επηρεάζουν τα φασματικά χαρακτηριστικά του πεδίου. Οι τεχνικές γραμμικού μετασχηματισμού μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία για την ενίσχυση δορυφορικών εικόνων και της σχετικής χαρτογράφησης της καταστροφικότητας μιας πυρκαγιάς. Μελέτες αξιολόγησης της ακρίβειας των εικόνων ταξινόμησης αποδεικνύουν τους χάρτες ΚΤ περισσότερο ακριβείς κατά 17% σε σύγκριση με τους χάρτες του μετασχηματισμού PC.