Χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων για την ποσοτικοποίηση της πιθανής αύξησης του αστικού πρασίνου

Από RemoteSensing Wiki

Χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων για την ποσοτικοποίηση της πιθανής αύξησης του αστικού πρασίνου

Πρωτότυπος Τίτλος: Quantifying the City’s Green Area Potential Gain Using Remote Sensing Data

Συγγραφεις: Teresa Santos – José António Tenedório – José Alberto Gonçalves

Πηγή: https://www.mdpi.com/2071-1050/8/12/1247

1. Εισαγωγή

Στην παρούσα μελέτη, η αστική περιοχή πράσινου αξιολογείται σε κλίμακα πόλης για τη Λισαβόνα, την πρωτεύουσα της Πορτογαλίας. Πραγματοποιείται ανάλυση μεγάλης κλίμακας, λαμβάνοντας υπόψη δύο επίπεδα: το πράσινο στο έδαφος και το πράσινο στις στέγες. Για το επίπεδο του εδάφους, η χαρτογράφηση της βλάστησης επιτυγχάνεται μέσω της ταξινόμησης εικόνας πολύ υψηλής ανάλυσης (VHR), η οποία αντιστοιχεί στην τρέχουσα περιοχή πράσινου της πόλης. Η συμβολή των στεγών στον συνολικό ανοιχτό πράσινο χώρο αξιολογείται χρησιμοποιώντας ένα τρισδιάστατο μοντέλο κτιρίων που βασίζεται σε δεδομένα LiDAR και εικόνες VHR.

2. Περιοχή μελέτης και υλικά

2.1. Περιοχή μελέτης

Η Λισαβόνα είναι η πρωτεύουσα της Πορτογαλίας, με πληθυσμό περίπου 550.000 κατοίκους (επίσημη απογραφή 2011). Με βάση τα επίσημα στοιχεία παρατηρείται μια κατά κεφαλήν έκταση 24 m2 πρασίνου ανά κάτοικο στη Λισαβόνα. Το 2013, το Δημοτικό Συμβούλιο της Λισαβόνας καταμέτρησε 21 πράσινες στέγες στην πόλη, οι οποίες αποδίδουν συνολικά 52.085 m2 πρασίνου.

2.2. Υλικά

Επιπεδομετρικά και υψομετρικά σύνολα δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό της βλάστησης σε κλίμακα πόλης. Οι επιπεδομετρικές πληροφορίες περιλαμβάνουν μια εικόνα VHR. Τα επιπεδομετρικά δεδομένα περιλαμβάνουν επίσης το αποτύπωμα των κτιρίων που ανακτήθηκαν από έναν δημοτικό χάρτη 1: 1000 της Λισαβόνας. Το υψομετρικό σύνολο δεδομένων αποτελείται από τρισδιάστατες πληροφορίες που λαμβάνονται από μια πτήση LiDAR, η οποία κάλυψε τη Λισαβόνα το 2006. Αυτή η εικόνα αντιπροσωπεύει το DSM της πόλης.

3. Μέθοδοι

Υιοθετήθηκε μια μεθοδολογία με δύο άξονες για τη μοντελοποίηση της βλάστησης, στο επίπεδο του εδάφους (ανάλυση 2D) και στις στέγες (ανάλυση 3D).

3.1. Ποσοτικός προσδιορισμός της τρέχουσας βλάστησης του εδάφους

Προκειμένου να εκτιμηθεί η βλάστηση στο επίπεδο του εδάφους, πραγματοποιήθηκε μια 2D ανάλυση χρησιμοποιώντας τον δείκτη NDVI που ελήφθη από εικόνες WorldView-2. Προκειμένου να εντοπιστεί η τρέχουσα βλάστηση στη Λισαβόνα, προτάθηκε ένα όριο NDVI=0,03. Αυτή η τιμή λήφθηκε με βάση μια οπτική ανάλυση. Η ταξινόμηση NDVI έχει ως αποτέλεσμα δισδιάστατες πληροφορίες, δηλαδή βλάστηση εδάφους.

3.2. Αξιολόγηση καταλληλόλητας στέγης για λήψη φυτικής κάλυψης

Για να εκτιμηθεί η πιθανή φύτευση στις στέγες, πραγματοποιήθηκε 3D ανάλυση χρησιμοποιώντας το αποτύπωμα των κτιρίων και το DSM, μαζί με την εικόνα WorldView-2. Αυτή η εικόνα χρησιμοποιήθηκε για την ταξινόμηση του υλικού κάλυψης των στεγών. Αυτό ήταν ένα στοχευμένο βήμα, καθώς οι κεραμοσκεπές δεν είναι συνήθως κατάλληλες για εφαρμογές πράσινης στέγης λόγω μιας αρχικά υψηλής επένδυσης στην αφαίρεση πλακιδίων και στην ανάπλαση της στέγης. Μετά τον αποκλεισμό των στεγών που ήταν κεραμοσκεπές ή που είχαν μικρό εμβαδόν, δοκιμάστηκαν δύο κριτήρια: η κλίση και η δυνατότητα ηλιασμού.

Τα υλικά κάλυψης στέγης αξιολογήθηκαν σε μια διαδικασία αντικειμενοστραφούς ταξινόμησης. Στόχος ήταν ο αποκλεισμός των κεραμοσκεπών από περαιτέρω ανάλυση. Σε αυτό το βήμα, χρησιμοποιήθηκαν εικόνες WV-2 και τα ίχνη των κτιρίων. Προερχόμενες από μια αντικειμενοστραφή ταξινόμηση, οι φασματικές πληροφορίες που διατίθενται στην εικόνα μας επέτρεψαν να διαχωρίσουμε τα κεραμίδια από άλλα υλικά κάλυψης στέγης. Τα φυσικά χαρακτηριστικά των στεγών, όπως το εμβαδόν και η κλίση, προσομοιώθηκαν με τη χρήση της υψομετρίας από το DSM και της τοποθεσίας από τα ίχνη των κτιρίων. Το τελευταίο κριτήριο - δυνατότητα καθημερινού ηλιασμού - ελήφθη με τα εργαλεία ανάλυσης ηλιακής ακτινοβολίας του ArcGIS.

Εφαρμόστηκαν αρκετά κριτήρια για τον προσδιορισμό κατάλληλων στεγών. Από αυτό το σύνολο, επιλέχθηκαν μόνο στέγες με εμβαδόν άνω των 100 m2. Ένα πιο συντηρητικό σενάριο θεωρεί ως επίπεδες στέγες - Flat Green Roof Scenario - αυτές με κλίση μικρότερη ή ίση με 11◦. Το δεύτερο σενάριο ορίζει ως κεκλιμένες στέγες - Pitched Green Roof Scenario - αυτές με κλίση μικρότερη ή ίση με 20◦. Με βάση το κριτήριο του ηλιακού φωτός, εξετάστηκαν τρεις περιπτώσεις: ηλιόλουστες στέγες, σκιασμένες και ηλιόλουστες έως σκιασμένες στέγες.

4. Αποτελέσματα και συζήτηση

4.1. Χαρτογράφηση της βλάστησης στο επίπεδο του εδάφους

Κατασκευάστηκε ένας χάρτης που απεικονίζει τη βλάστηση στο έδαφος. Αυτός ο χάρτης δείχνει την ύπαρξη έκτασης 25.835.522 m2 βλάστησης στη Λισαβόνα. Αυτή η τιμή είναι πολύ διαφορετική από αυτήν που αναφέρεται στον Αστικό Άτλα της πόλης.

4.2. Μοντελοποίηση βλάστησης σε επίπεδο οροφών

Με βάση τα ίχνη των κτιρίων, υπολογίστηκε η συνολική επιφάνεια της στέγης. Αυτές οι στέγες του κτηρίου αντιπροσωπεύουν το 19% της συνολικής επιφάνειας της Λισαβόνας. Εάν όλες οι στέγες που εντοπίστηκαν στα δύο σενάρια επρόκειτο να μετατραπούν σε πράσινες στέγες (9137 κτίρια), η αναμενόμενη αύξηση στην έκταση του αστικού πρασίνου της πόλης θα ήταν 14,4%. Τα 9137 κτίρια αντιπροσωπεύουν το 70% όλων των κτιρίων με επίπεδη στέγη και το 14% όλων των κτιρίων της πόλης.

5. Συμπεράσματα

Τα συμπεράσματα αυτής της μελέτης εμπίπτουν σε δύο γενικές κατηγορίες: (i) ως προς τη συνάφεια των εργαλείων που βασίζονται στο GIS για την υποστήριξη της διαδικασίας λήψης αποφάσεων. και (ii) ως προς την αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας για τον ποσοτικό προσδιορισμό της έκτασης του αστικού πρασίνου.