BAMS ( Burned Area Mapping Software), λογισμικό για την χαρτογράφηση καμένων περιοχών

Από RemoteSensing Wiki

BAMS: ΕΡΓΑΛΕΙΟ ΓΙΑ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΚΑΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΚΑΝΟΝΤΑΣ ΧΡΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ LANDSAT

BAMS: A Tool for Supervised Burned Area Mapping Using Landsat Data

Συγγραφείς: , Aitor Bastarrika 1,*, Maite Alvarado 2,†, Karmele Artano 1,†, Maria Pilar Martinez 1,†, Amaia Mesanza 1,†, Leyre Torre 1,†, Rubén Ramo 3,†, and Emilio Chuvieco 3, Remote Sens. 2014, 6, 12360-12380; doi:10.3390/rs61212360

Το παρόν κείμενο αφορά το BAMS ( Burned Area Mapping Software), δηλαδή ένα λογισμικό για την χαρτογράφηση καμένων περιοχών, το οποίο δημιουργήθηκε από βιβλιοθήκες του ArcGIS.

Το πρόγραμμα αυτό υπολογίζει πολλούς από τους φασματικούς δείκτες που χρησιμοποιούνται συχνά σε καμένες περιοχές και εφαρμόζει μια στρατηγική δύο φάσεων έτσι ώστε να χαρτογραφήσει τις καμένες περιοχές μεταξύ δύο πολυεστιακών εικόνων Landsat. Το μόνο που πρέπει να εισάγει ο χρήστης είναι τα σημεία οριοθέτησης μερικών καμένων περιοχών ώστε το πρόγραμμα να εξάγει συγκεκριμένες παραμέτρους.

Μετά την διάκριση των καμένων επιφανειών, ο χρήστης είναι σε θέση να αξιολογήσει τα αποτελέσματα και να επιλέξει επιπλέον δειγματοληψία έτσι ώστε να βελτιώσει την καταγραφή των καμένων επιφανειών. Το τελικό αποτέλεσμα του BAMS είναι ένα διανυσματικό πολύγωνο που περιέχει τρεις κατηγορίες: 1) την καμένη περίμετρο, 2) τις άκαυστες περιοχές και 3) τις μη παρατηρημένες περιοχές, με τη τελευταία κατηγορία να αναφέρεται κυρίως σε σύννεφα ή λάθη των μέσων παρατήρησης. Το παρόν άρθρο παρουσιάζει την δομή και την τεχνική βάση του εργαλείου BAMS.

Εισαγωγή

Οι πυρκαγιές αποτελούν έναν από τους κύριους παράγοντες διαταραχής της επιφάνειας του εδάφους και προκαλούν σοβαρές οικονομικές, οικολογικές και ατμοσφαιρικές επιπτώσεις. Η καύση της βλάστησης αποτελεί ένα παγκόσμιο φαινόμενο το οποίο επηρεάζει περιοχές, δάση και γεωργικές εκτάσεις (Goldammer, J.G.; Statheropoulos, M.; Andreae, M.O.; Andrzej Bytnerowicz, 2008).

Τα τελευταία χρόνια, η χρήση δορυφόρων για την παρακολούθηση των πυρκαγιών έχει αυξηθεί με στόχο τόσο την αποφυγή όσο και την πρόληψη του φαινομένου αυτού. Όμως η χαρτογράφηση καμένων επιφανειών αποτελεί μια αρκετά πολύπλοκη διαδικασία καθώς οι καμένες περιοχές μπορεί να μπερδευτούν με άλλα φαινόμενα εξαιτίας της φασματικής ταυτότητας (Giglio, L.; Randerson, J.T.; van der Werf, G.R.; Kasibhatla, P.S.; Collatz, G.J.; Morton, D.C.; DeFries, 2010).

Η μεθοδολογία του άρθρου συνδυάζει την ταχύτητα και την ακρίβεια του αυτοματοποιημένου εντοπισμού και των τεχνικών αναγνώρισης μοτίβων έτσι ώστε να αναπτύξει τόσο την οπτική διεπαφή όσο και τον υπολογισμό της ανάλυσης της εικόνας (Bastarrika, A.; Chuvieco, E.; Martín, 2011). Το πρόγραμμα ονομάζεται BAMS (Πρόγραμμα Χαρτογράφησης Καμένης Γης) και σχεδιάστηκε κυρίως για να δημιουργεί χάρτες καμένων εδαφών χρησιμοποιώντας εικόνες Landsat TM, ETM+ και OLI-TIRS data.

Τέλος, ο κώδικας του BAMS έχει δυο επιλογές επεξεργασίας, μια για να μας δίνει χάρτη πριν και μετά το συμβάν και μια που αφορά την απόδοση του NDVI. Το πρόγραμμα μπορεί να διαβάσει δύο τύπους αρχείων, GeoTiff και HDF.

Υπολογισμός Καμένων Επιφανειών

Οι καμένες επιφάνειες χαρακτηρίζονται από αποθέσεις άνθρακα και στάχτης, αφαίρεση βλάστησης και έκθεση του υπεδάφους. Βέβαια όλα τα παραπάνω εξαρτώνται από το μέγεθος της πυρκαγιάς αλλά και του βαθμού ανάφλεξης (Roy, D.; Landmann, T, 2005).

Συγκεκριμένα, το BAMS, υπολογίζει τους πιο κοινούς δείκτες όπως για παράδειγμα NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), BAIM (Burned Area Index Modified), GEMI (Global Environmental Monitoring Index), NBR (Normalized Burned Ratio) και MIRBI (Mid-Infrared Burned Index).

Μεθοδολογία Ελεγχόμενης Χαρτογράφησης Καμένων Περιοχών

Το BAMS ακολουθεί δύο φάσεις επεξεργασίας της καμένης περιοχής σε χαμηλή και σε μεσαία χωρική ανάλυση με σκοπό να μειώσει τυχόν σφάλματα. Στην πρώτη φάση ο στόχος είναι να μειώσει τα σφάλματα χρησιμοποιώντας αυστηρά κριτήρια, δηλαδή λαμβάνει υπόψη μόνο τα πίξελ τα οποία απεικονίζουν 100% καμένη γη. Στη δεύτερη φάση, γίνεται ανάλυση της γειτνίασης των πίξελ που περιέχουν σπόρους και ομαδοποίηση των πίξελ που έχουν κοινά χαρακτηριστικά με αυτά των σπόρων. Έτσι έχουμε την δημιουργία δύο διαφορετικών raster.

Στη συνέχεια θα εισάγουμε το raster στο ArcGIS ώστε να το μετατρέψουμε σε διανυσματικό τύπο αρχείου. Σε αντίθεση με τα υπόλοιπα προγράμματα το BAMS χρειάζεται μόνο σημεία εκπαίδευσης των καμένων περιοχών οπότε η διαδικασία είναι ταχύτερη από τις υπόλοιπες που κυκλοφορούν. Τέλος, τα αποτελέσματα εξάγονται σε shapefile ώστε να μπορούν να επεξεργαστούν από τον χρήστη (National MTBS Burned Boundaries Dataset). Επαλήθευση του κώδικα BAMS

Το πρόγραμμα BAMS έχει λειτουργήσει σε έξι δοκιμαστικές περιοχές με σκοπό να καθοριστεί και να αξιολογηθεί η επίδοση του όσο αφορά την χαρτογράφηση των καμένων περιοχών. Οι περιοχές αυτές αφορούν λιβάδια, θαμνώδεις εκτάσεις, φυλλοβόλα και αειθαλή δάση.

Τα αποτελέσματα του BAMS συγκρίθηκαν με τα δεδομένα του National MTBS Burned Area Boundaries Dataset έτσι ώστε να επαληθευτούν. Συγκριτικά με το MTBS, το BAMS είχε απόκλιση μεταξύ 13 και 18%, το οποίο αποδίδεται κυρίως στην ύπαρξη τοπογραφικών σκιών. Ουσιαστικά, το BAMS, δημιουργήθηκε λόγω της ανάγκης για ταχύτερη παραγωγή χαρτών καμένης γης και το μεγάλο πλεονέκτημα του είναι η ευκολία με την οποία μπορεί να επεξεργαστεί δεδομένα του Landsat. Επιπλέον, θα πρέπει να είμαστε προσεκτικοί κατά την χρήση του προγράμματος καθώς υπάρχουν ποσοστά σφαλμάτων κυρίως στα σημεία που έχουμε καλλιέργειες.

Συμπεράσματα

Το BAMS χρησιμοποιείται για την δημιουργία χαρτών καμένης γης και επεξεργάζεται δεδομένα του δορυφόρου Landsat, είναι δωρεάν και μπορεί να το κατεβάσει οποιοσδήποτε χρήστης του ArcGIS (Burned Area Mapping Software).

Βιβλιογραφία

Goldammer, J.G.; Statheropoulos, M.; Andreae, M.O.; Andrzej Bytnerowicz, M.J.A.A.R.R.; Andersen, C. Chapter 1. Impacts of vegetation fire emissions on the environment, human health, and security: A global perspective. In Developments in Environmental Science; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2008; Volume 8, pp. 3–36.

Giglio, L.; Randerson, J.T.; van der Werf, G.R.; Kasibhatla, P.S.; Collatz, G.J.; Morton, D.C.; DeFries, R.S. Assessing variability and long-term trends in burned area by merging multiple satellite fire products. Biogeosciences 2010, 7, 1171–1186.

Bastarrika, A.; Chuvieco, E.; Martín, M.P. Mapping burned areas from Landsat TM/ETM+ data with a two-phase algorithm: Balancing omission and commission errors. Remote Sens. Environ. 2011, 115, 1003–1012.

Roy, D.; Landmann, T. Characterizing the surface heterogeneity of fire effects using multi-temporal reflective wavelength data. Int. J. Remote Sens. 2005, 19, 4197–4218.

National MTBS Burned Boundaries Dataset. Available online: http://www.mtbs.gov/nationalregional/burnedarea.html (accessed on 1 December 2014). Burned Area Mapping Software. Available online: http://bastarrika.wordpress.com/ (accessed on 1 December 2014).