ΧΩΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑΣ ΑΣΤΙΚΗΣ ΕΞΑΠΛΩΣΗΣ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ DMSP-OLS
Από RemoteSensing Wiki
ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ : ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΑΣΤΙΚΗΣ ΕΞΑΠΛΩΣΗΣ
ΠΡΩΤΟΤΥΠΟΣ ΤΙΤΛΟΣ : Spatial analysis of global urban extent from DMSP-OLS night lights
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ : Christopher Small, Lamont Doherty Earth Obs. Columbia University, Francesca Pozzi, CIESIN, Columbia University, C.D Elvidge, NOAA National Geophysical Data Center
ΠΗΓΗ : [www.sciencedirect.com]
Περίληψη
Το μέγεθος της συχνότητας της χωρικής κατανομής των αστικών περιοχών έχει άμεσες φυσικές, οικολογικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις στο σύστημα της Γης. Τα σύνολα δεδομένων, που προκύπτουν από τις νυχτερινές λήψεις από DMSP δορυφόρους (DMSP-OLS stable night lights) παρέχουν μια λεπτομερή, ενιαία, παγκόσμια αναπαράσταση της αστικής ανάπτυξης. Στοιχεία που δεν μπορούν εύκολα να ληφθούν από τις διάφορες συμβατικές μεθόδους ορισμού των αστικών ορίων. Προηγούμενες μελέτες με νυχτερινές λήψεις DMSP – OLS, οι οποίες μελετούν τα όρια των σταθερά φωτισμένων περιοχών, συμπίπτουν αρκετά με τα ήδη χαρτογραφημένα αστικά όρια. Ωστόσο , αυτές οι μελέτες έχουν επισημάνει αρκετές αντιφάσεις σχετικά με τα όρια των παροδικά φωτισμένων περιοχών. Εφαρμόζοντας τα κατώτατα όρια συχνότητας ανίχνευσης, υπάρχει περίπτωση να καταγράψουμε μειωμένες χωρικές επεκτάσεις των φωταγωγημένων περιοχών καθώς θα έχουμε παραλείψει τα μικρότερα φώτα, μειώνοντας έτσι σημαντικά το μέγεθος της πληροφορίας. Η χωρική ανάλυση με συστήματα δεδομένων (stable lights data) 1994/1995, 1992/1993, 2000 εκτιμά την απόκλιση μεταξύ εξάπλωσης και απόσβεσης στην καταγραφή των μικρότερων φώτων.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Με την βοήθεια των δορυφορικών απεικονίσεων σταθερών, ανθρωπογενών φώτων μπορούμε να χαρτογραφήσουμε με αρκετά ακριβή, οικονομικό και άμεσο τρόπο την παγκόσμια κατανομή των αστικών περιοχών. Οι αστικές περιοχές αποτελούν ένα μικρό κομμάτι της επιφάνειας της Γης, αλλά ασκούν μια δυσανάλογη επιρροή στον περιβάλλοντα χώρο τους (όγκος, συγκέντρωση, κατανάλωση ενέργειας και φυσικών πόρων). Η χωρική κατανομή και τα χαρακτηριστικά του μεγέθους συχνότητας (size frequency characteristics) του παγκόσμιου αστικού δικτύου αποκαλύπτουν σημαντικές πληροφορίες για ένα εύρος επιστημών, όπως οικονομία, περιβάλλον κοκ. Ακριβείς αναπαραστάσεις της παγκόσμιας, αστικής ανάπτυξης είναι δύσκολο να προκύψουν από τις συμβατικές μεθόδους καταγραφής. Η χρονικά σταθερή, ανθρωπογενής ακτινοβολία μπορεί να μετρηθεί από το δορυφορικό πρόγραμμα DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) με σύστημα OLS (Operational Linescan System). Ωστόσο, υπάρχουν αρκετά εγγενή προβλήματα στην απεικόνιση της αστικής εξάπλωσης με αυτή την μέθοδο. Ειδικότερα, η επιφάνεια και η ένταση του φωτισμού είναι παράμετροι που μπορεί να μην συμπίπτουν με συμπεράσματα που αφορούν την διαθεσιμότητα ενέργειας, την οικονομική ανάπτυξη και την πυκνότητα των οικισμών. Μερικές από αυτές τις αποκλίσεις έχουν παράξει συμπεράσματα σε εθνική κλίμακα, όμως άμεσες συγκρίσεις ανάμεσα στην αστική εξάπλωση και την φωτεινή επιφάνεια έχουν πραγματοποιηθεί για λίγες πόλεις. Σε μια πρόσφατη μελέτη, ερευνητές κατάφεραν να απεμπλακούν από τις αναμενόμενες αποκλίσεις (thresholds), δηλαδή τα χαρτογραφημένα όρια των αστικών επεκτάσεων, συγκρίνοντας τα αποτελέσματα από την φωτομετρική ανάλυση με αυτά που προέκυψαν από ανάλυση εικόνων Landsat TM. Κάνοντας χρήση επιβλεπόμενης ταξινόμησης μέγιστης πιθανοφάνειας (supervised maximum likelihood classification) για το Πεκίνο, τη Λάσα και το Σαν Φρανσίσκο κατάφεραν βέλτιστα αποτελέσματα, υποστηρίζοντας ότι τα ποσοστά απόκλισης των ορίων των φωτισμένων περιοχών και αυτών που προέκυψαν από τις εικόνες Landsat είναι τα ελάχιστα δυνατά. Τέτοιου είδους μελέτες αποδεικνύουν ότι, είναι πιθανό να επιτευχθεί λογική συμφωνία μεταξύ των αστικών ορίων, που προκύπτουν από διαφορετικά ερευνητικά εργαλεία, όπως επίσης και ότι για να φτάσουμε σε τέτοιου είδους αποτελέσματα πρέπει να αυξήσουμε τα όρια ανίχνευσης (detection thresholds).
Οι στόχοι αυτής της έρευνας είναι τόσο να ποσοτικοποιηθεί η παγκόσμια, συχνότητα κατανομής μεγέθους των φωτισμένων περιοχών και όσο και να διερευνηθεί η αντιστοιχία μεταξύ των αστικών ορίων και των ορίων των «φωτεινών» περιοχών. Στο πλαίσιο της έρευνας αυτής, θα αναφερόμαστε σε όλες τις ανεπτυγμένες, μη αγροτικές περιοχές (αστικές, προαστιακές, ημιαστικές), ως «αστικές». Ξεκινώντας, θα κάνουμε συγκριτικές αναλύσεις ανάμεσα σε βάσεις δεδομένων του 1994/1995 και του 2000. Έπειτα, θα προσπαθήσουμε να εξάγουμε αριθμητικά συμπεράσματα που θα αφορούν την εξάρτηση της συχνότητας κατανομής μεγέθους (detection frequency threshold) των φωτισμένων περιοχών από τα όρια της συχνότητας ανίχνευσης μεγέθους (size frequency distribution). Επίσης, επειδή τα φωτομετρικά δεδομένα παρέχουν ένα εξαιρετικό μέτρο κατανόησης της αστικής μορφολογίας, μπορούμε να εξάγουμε και γεωμετρικά συμπεράσματα όσον αφορά τα σχήματα των κατανομών. Στο δεύτερο μέρος της έρευνα, συγκρίνουμε τα φωτομετρικά στοιχεία με εκτιμήσεις χρήσεων γης, που προέκυψαν από ανάλυση εικόνων Landsat TM, για 17 συνολικά πόλεις παγκοσμίως. Ο σκοπός αυτών των συγκριτικών μελετών είναι να ποσοτικοποιήσουμε την χωρική εξάπλωση των φωτισμένων περιοχών για κάθε βάση δεδομένων και για διαφορετικές συχνότητες ορίων ανίχνευσης, έτσι ώστε να διαπιστώσουμε αν υπάρχει μια συνεπής σχέση, που μπορεί να περιγράψει την χωρική επέκταση. Τέλος, ο γενικός σκοπός της έρευνας αφορά την αριθμητική συστηματοποίηση των χωρικών κατανομών ανά μέγεθος, σχήμα και συχνότητα ανίχνευσης για διαφορετικές βάσεις δεδομένων, νυχτερινών εικόνων OLS και την κατάδειξη μιας σχέσης συνάφειας μεταξύ χωρικής εξάπλωσης και χρήσεων γης. Ποσοτικοποιώντας την φυσική συνοχή των φωτομετρικών δεδομένων, ίσως μπορέσουμε να διευκολύνουμε μελλοντικές έρευνες μη φυσικών χαρακτηριστικών (οικονομικών, πολιτιστικών και πολιτικών) της αστικής εξάπλωσης και της σταθερής, φωτεινής ακτινοβολίας.
