Χαρτογράφηση ιχνών πυρκαγιάς σε νοτιοαφρικανική σαβάνα με χρήση απεικονίσεων Landsat
Από RemoteSensing Wiki
Mapping fire scars in a southern African savannah using Landsat imagery
Συγγραφείς
A.T. Hudac, B. H. Brocket
Πηγή
INT. J. REMOTE SENSING, 20 AUGUST 2004, VOL. 25, NO. 16, 3231–3243
Σκοπός της Εφαρμογής
Η καταγραφή του ιστορικού πυρκαγιών σε ημιάνυδρο τοπίο σαβάνας στη νότια Αφρική, επ’ωφελεία των επιτόπιων επιστημόνων και διαχειριστών των βοσκοτόπων.
Μεθοδολογία
- Περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης έχει συνολική έκταση 250 000 εκτάρια και είναι επικεντρωμένη στο πάρκο άγριας φύσης (σαφάρι) Madikwe Game Reserve (MGR) στη Νότια Αφρική, με έκταση 75 000 εκτάρια, συμπεριλαμβάνοντας ιδιωτικές φάρμες βοοειδών στο νότο (Ν. Αφρική), και κοινόχρηστους βοσκότοπους στο βορά (Μποτσουάνα) (ΕΙΚΟΝΑ 1).
- Επιλογή Απεικονίσεων
Μετά από έρευνα για την εύρεση απεικονίσεων για όλες τις πυρκαγιές από το 1972 (Landsat 1), βρέθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν 36 απεικονίσεις Landsat MSS, TM και ETM+, που απεικονίζουν τις περισσότερες πυρκαγιές από το 1972 έως το 2002.
- Χωροθέτηση απεικονίσεων
Οι 36 απεικονίσεις Landsat χωροθετήθηκαν στο ίδιο επίπεδο αναφοράς χρησιμοποιώντας αυτόματο αλγόριθμο εύρεσης σημείων σύγκλισης, με βάση παγχρωματική εικόνα 15m του ETM+ που είχε το μικρότερο ίχνος πυρκαγιάς (καθώς αυτό επηρρεάζει τον αλγόριθμο), και κάλυπτε πλήρως την περιοχή μελέτης. Σε λίγες περιπτώσεις απαιτήθηκε και η μη αυτόματη προσθήκη σημείων σύγκλισης.
- Μετασχηματισμός απεικονίσεων
Όλα τα κανάλια (τέσσερα για τον MSS και 6 για τον ΤΜ και τον ΕΤΜ+) σε κάθε απεικόνιση μετασχηματίστηκαν με μη τυποποιημένο μετασχηματισμό κύριων συνιστωσών (Principal Components Transformation - PCT). Δοκιμάστηκε επίσης ο τυποποιημένος μετασχηματισμός κύριων συνιστωσών, που μείωνε τα λάθη παράλειψης, εις βάρος όμως των λαθών απόδοσης. Δεδομένου ότι στόχος της εργασίας ήταν η συντηρητική καταγραφή των πυρκαγιών, και συνεπώς τα λιγότερα λάθη απόδοσης, προτιμήθηκε ο μη τυποποιημένος μετασχηματισμός, που απέδωσε εξαιρετικά στην απόδοση ιχνών από πυρκαγιές που είχαν λάβει χώρα νωρίτερα κατά την ξηρή περίοδο, και τη διάκριση τους από ξηρά χώματα και τοπογραφικές σκιές.
- Ταξινόμηση απεικονίσεων
Κατά την προκαταρκτική ανάλυση διαπιστώθηκε ότι τα μετασχηματισμένα με τη μέθοδο PCT δεδομένα είχαν καλύτερα αποτελέσματα από τα αρχικά (μη μετασχηματισμένα) δεδομένα, σε όλους τους τύπους ταξινόμησης που δοκιμάστηκαν (μη επιβλεπόμενη, ελάχιστης απόστασης, απόστασης Mahalanobis, παραλληλεπιπέδων και μέγιστης πιθανοφάνειας), και συνεπώς επιλέχθηκαν για ταξινόμηση. Επιλέχθηκε η ταξινόμηση παραλληλεπιπέδων, που, αντίθετα με τις υπόλοιπες μεθόδους επιβλεπόμενης ταξινόμησης, ταξινομεί μόνο τα pixel που απέχουν σε ορισμένη απόσταση τυπικών αποκλίσεων από τη μέση τιμή, που καθορίζει ο χρήστης, και όχι όλα τα pixel της απεικόνισης, γεγονός το οποίο λειτούργησε υπέρ της εφαρμογής, η οποία ενδιαφέρεται μόνο για την ταξινόμηση των καμένων pixel.
Στην ΕΙΚΟΝΑ 2 φαίνεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, με χρήση του προγράμματος RSI ENVI 3.4. Τα ίχνη φωτιάς που είναι εμφανή στα περισσότερα από τα αρχικά κανάλια, φαίνονται σε λιγότερα από τα μετασχηματισμένα κανάλια με PCT, αλλά πιο εμφατικά. Τα μεγάλα ίχνη πυρκαγιάς καταλαμβάνουν μεγάλο τμήμα του φάσματος, και γι’αυτό εμφανίζονται συχνά στα κανάλια PC2 και PC3. Στην ΕΙΚΟΝΑ 3 φαίνεται η μεγάλη διαφορά ανάμεσα στη φασματική υπογραφή του καμένου και του μη καμένου μετά την εφαρμογή του PCT, που αιτιολογεί γραφικά την ακριβέστερη ταξινόμηση με χρήση των δεδομένων PCT, σε σχέση με τα αρχικά.
- Δημιουργία χαρτών ετήσιων πυρκαγιών
Οι εικόνες με ίχνη πυρκαγιάς από ανεξάρτητες απεικονίσεις συντέθηκαν σε ετήσιους χάρτες πυρκαγιών, οι οποίοι υπέστησαν φίλτρο πλειονότητας 3x3 και μείωση της ανάλυσης σε στοιχειώδη εμβαδά του ενός εκταρίου (ΕΙΚΟΝΑ 4). Επίσης δημιουργήθηκε συνολικός χάρτης περιστατικών πυρκαγιάς από το 1972 έως το 2002, με τη σύνθεση των 22 ετήσιων χαρτών και την εφαρμογή φίλτρου μέσης τιμής 3x3 (EIKONA 5).
Σημαντικά αποτελέσματα – Αξιολόγηση μεθοδολογίας
Διαπιστώθηκε ότι οι πυρκαγιές είναι σπανιότερες στη Μποτσουάνα, σε σύγκριση με τη Νότια Αφρική, όπου έχουν μέση συχνότητα εμφάνισης, και το πάρκο MGR, όπου έχουν υψηλή συχνότητα εμφάνισης. Η υψηλή συχνότητα πυρκαγιών στο πάρκο οφείλεται στην ελεγχόμενη από τους διαχειριστές του έναυση τους, για λόγους διαχείρισης της βλάστησης, της πανίδας και των ψυχαγωγικών δραστηριοτήτων του πάρκου. Ενώ η μεθοδολογία κρίνεται ικανοποιητική για την απεικόνιση της συχνότητας πυρκαγιών και τη δημιουργία χαρτών διάκρισης καμένου/ μη καμένου, δε μπορεί να απεικονίσει άλλους σημαντικούς παράγοντες όπως η ένταση της πυρκαγιάς, που απαιτούν περισσότερα δεδομένα επιβεβαίωσης από την περιοχή μελέτης.
