Χρήση τηλεπισκόπησης για αναγνώριση χωριών σε κίνδυνο ασθένειας του ύπνου στην Ουγκάντα
Από RemoteSensing Wiki
Authors:Martin Odiit, Paul R. Bessell, Eric M. F`evre, Tim Robinsonc, Jennifer Kinoti, Paul G. Coleman, Susan C. Welburn,John McDermott, Mark E.J. Woolhouse
Εισαγωγή
Τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών (GIS) και η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό περιοχών υψηλού κινδύνου για την ασθένεια του ύπνου. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από το Landsat ETM για τη δημιουργία ενός χάρτη της περιοχής καθώς επίσης και ο NDVI (Normalised Difference Vegetation Index) όπως και το κανάλι 5 του Landsat για την ταξινόμηση της πυκνότητας βλάστησης και της εδαφολογική υγρασία, αντίστοιχα. Οι λειτουργίες GIS χρησιμοποιήθηκαν για να καθορίσουν τις περιοχές αυτές και οι μέσες τιμές NDVI και του καναλιού 5 προσδιόρισαν ακτίνες επίδρασης της ασθένειας του ύπνου σε 389 χωριά. Οι παράμετροι που λήφθηκαν υπόψη ήταν η πληθυσμιακή πυκνότητα, η εγγύτητα σε βάλτους, προυπάρχοντα κρούσματα και η προσβασιμότητα σε νοσοκομεία.
Η Ασθένεια του Ύπνου
Η Ασθένεια του Ύπνου ή αφρικανική τρυπανοσωμίαση είναι μια θανατηφόρα, παρασιτική ασθένεια που πλήττει χώρες στην υποσαχάρια Αφρική. Το παράσιτο που προκαλεί την ασθένεια του ύπνου, μεταδίδεται στους ανθρώπους μέσω τσιμπήματος από μολυσμένες μύγες τσε-τσε, που αναπαράγονται σε ζεστά και υγρά περιβάλλοντα. Υπάρχουν δύο υποείδη του παράσιτου τρυπανόσωμα: το trypanosoma brucei gambiense (γαμβιανό) και το T.b. rhodesiense (ροδεσιανό). Στην Ουγκάντα το πρώτο ενδημεί βορειοδυτικά και το δεύτερο ανατολικά. Παρ' ότι είχε σχεδόν εξαλειφθεί στη δεκαετία του '60, η τρυπανοσωμίαση επανέκαμψε με διαστάσεις επιδημίας εξαιτίας των πολέμων, των μετακινήσεων πληθυσμών και της κατάρρευσης των συστημάτων υγείας τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Επιπλέον επειδή εξαρτάται από την παρουσία της μύγας τσε-τσε είναι απαραίτητοι χάρτες ενδημίας του εντόμου αυτού μιας και οι πλέον σύγχρονοι χάρτες στην Ουγκάντα είναι από το 1970! Οι παράγοντες που επηρεάζουν την επιβίωση και αναπαραγωγή της μύγας είναι η σύνθεση της βλάστησης, η παρουσία ξενιστών και η μορφολογία του εδάφους.
Τηλεπισκόπηση
Έχει παρουσιαστεί ότι η κατανομή του πληθυσμού της μύγας τσε τσε μπορει να συσχετιστεί με το δείκτη NDVI που υπολογίζεται από την εκπεμπόμενη ακτινοβολία στο κόκκινο και στο εγγύς υπέρυθρο του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Ο δορυφόρος Landsat 7 εκτοξεύθηκε 15 Απριλίου 1999 και φέρει τον ETM, ο όποιος συλλέγει στοιχεία σε εννέα κανάλια για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών γνωρισμάτων των τοπίων. Έχει χωρική διακριτική ικανότητα 28,5 x 28,5 m στα περισσότερα κανάλια.
Ταξινόμηση
Υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις στην ταξινόμηση της επιφάνεια εδάφους στους διαφορετικούς τύπους εδαφοκάλυψης η εποπτευόμενη και η μη εποπτευόμενη ταξινόμηση. Στη μη εποπτευόμενη ταξινόμηση, το λογισμικό επιλέγει τις κλάσεις βασισμένο σε αλγόριθμους ομαδοποίησης ενώ στην εποπτευομένη ταξινόμηση ο χρήστης καθοδηγεί την επιλογή των κλάσεων με τον προσδιορισμό των προτύπων εδάφους) και χρησιμοποιώντας τους για να χαρακτηρίσει τις κλάσεις. Ο NDVI είναι μια αναλογία των καναλιών 3 και 4 του Landsat και δείκτης της πυκνότητας της βλάστησης. Η περιοχή μελέτης είναι το Tororo στην ανατολική Ουγκάντα (εικόνα 1), που έχει 884 χωριά, καλύπτοντας μία έκταση από 0,5 – 5 km2.
Η περιοχή καλύπτεται από δύο εικόνες Landsat ETM. Παρουσιάζει δύο εποχές, υγρή (Σεπτέμβριος μέχρι τον Νοέμβριο και τον Μάρτιο μέχρι τον Μάιο) και ξηρή (Ιούνιος μέχρι τον Αύγουστο και τον Δεκέμβριο μέχρι τον Φεβρουάριο) εποχές. Οι άνθρωποι καταπατούν τους βιότοπους για αύξηση των καλλιεργήσιμων εκτάσεων. Χωρίζονται σε καλλιεργητές, και αυτούς που ζουν στα αστικά κέντρα.
Μέθοδος
Οι εικόνες του Landsat λήφθηκαν στις 2 Μαΐου 2001 μέρα χωρίς σύννεφα. Επιλέχτηκαν εικόνες του Μαΐου γιατί είναι το τέλος της υγρής περιόδου και ευδοκιμούν οι μύγες τσε-τσε. Οι εικόνες περιελάμβαναν εννιά κανάλια: 6 στην περιοχή 0,45-2,35μm, 2 θερμικά 10,40-12,5μm με διακριτική ικανότητα 57×57 m και ένα παγχρωματικό κανάλι 0,50-0,90 μm, με διακριτική ικανότητα 14.25×14.25 m. Μόνο τα έξι χρησιμοποιήθηκαν. Για κάθε χάρτη χρησιμοποιήθηκαν 8 σημεία ελέγχου GCPs για να διορθώσουν ορισμένες αποκλίσεις. Έγινε μία πολυωνυμική διόρθωση πρώτης τάξης με ένα μέσο σφάλμα 27,14 m λιγότερο από το μέγεθος εικονοστοιχείου. Η εποπτευόμενη ταξινόμηση επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας την μέθοδο υβριδικής ταξινόμησης που περιλαμβάνει μια μη εποπτευόμενη ταξινόμηση χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ISODATA για την αναγνώριση 50 ψηφιακών υπογραφών. Μια ψηφιακή υπογραφή συγχωνεύεται, διαγράφεται ή διατηρείται ανάλογα με τον αριθμό των άλλων υπογραφών. Η διαδικασία αυτή συνεχίστηκε μέχρις ότου παρέμειναν 20 ευδιάκριτες υπογραφές. Μετά χρησιμοποιήθηκε ένα φίλτρο 3x3 χαμηλής διέλευσης προκειμένου να αφαιρεθούν τυχόν λάθη. Έτσι η εικόνα ταξινομήθηκε σε οκτώ τύπους εδαφοκάλυψης (πίνακας 1) και η υβριδική ταξινόμηση είχε μια ακρίβεια 64.8%.
Το κύριο ενδιαίτημα της μύγας τσε-τσε που προσδιορίζεται στην ταξινόμηση είναι η κατηγορία ελών όπως προσδιορίστηκε ακριβώς. (πίνακας 2). Μετά χρησιμοποιήθηκε ένα φίλτρο 25x25 χαμηλής διέλευσης προκειμένου να αφαιρεθούν μικρές περιοχές από το έλος.
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα αναλύθηκαν σε ένα στατιστικό μοντέλο παλινδρόμησης με στόχο τη δημιουργία μοντέλου που να παρουσιάζει την επικινδυνότητα της ασθένειας του ύπνου. Επιπλέον, η απόσταση από το νοσοκομείο LIRI περιλήφθηκε ως πρώτη μεταβλητή στο μοντέλο προκειμένου να κανονικοποιηθεί η απόσταση. Μια μείωση του ενδιαιτήματος τσε-τσε, ειδικά από την αφαίρεση του ποτάμιου δάσους, θα μπορούσε να επιφέρει μια συνεχή μείωση στον κίνδυνο ανθρώπινης μόλυνσης. Συμπερασματικά, αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι τα χωριά με υψηλό κίνδυνο της ασθένειας ύπνου μπορούν να προσδιοριστούν με τη χρησιμοποίηση των τεχνολογιών τηλεπισκόπησης και GIS. Μια προσέγγιση GIS μπορεί να γίνει σαν εργαλεία λήψης απόφασης για τον έλεγχο της ασθένειας του ύπνου. Η απόσταση από τα έλη και η πυκνότητα του πληθυσμού είναι σημαντικοί παράγοντες εμφάνισης του παρασίτου.. Στις περιοχές όπου υπάρχουν μύγες τσε-τσε αλλά δεν έχει εκδηλωθεί η ασθένεια αποτελούν πιθανές περιοχές εμφάνισης κρουσμάτων.
