Παρακολούθηση της αστικής κάλυψης γης και της αλλαγή της βλάστησης με χρήση πολυ-χρονικών τηλεσκοπικών πληροφοριών

'''Συγγραφείς'''
DU Peijun1, LI Xingli, CAO Wen, LUO Yan, ZHANG Huapeng

'''Πηγή'''
Monitoring urban land cover and vegetation change by multi-temporal remote sensing information


'''Εισαγωγή''' 

Η παρακολούθηση των αστικών οικισμών μέσω πολυφαασματικών εικόνων τηλεπισκόπησης έχει λάβει όλο και μεγαλύτερη προσοχή τα τελευταία χρόνια. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης και στη βλάστηση, χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν ποσοτικά και ποιοτικά αλλαγές στους ανθρώπινους οικισμούς στην πόλη Xuzhou. Συνήθως οι δύο στρατηγικές που χρησιμοποιούνται για την πολυφασματική επεξεργασία εικόνας για την παρακολούθηση, τον εντοπισμό και την ανάλυση των αλλαγών στις αστικές δυναμικές είναι η ανάλυση με βάση την ανίχνευση και η ανάλυση με βάση την ταξινόμηση.


'''Περιοχή μελέτης και δεδομένα'''

Η πόλη Xuzhou, βρίσκεται στο βορειοδυτικό τμήμα της επαρχίας Jiangsu. Η Xuzhou είναι μια ειδική περιοχή χάρη σε μια σειρά από χαρακτηριστικές ιδιότητες: 1) παραδοσιακά είναι μια μεταλλευτική πόλη, 2) επί του παρόντος είναι ένα διάσημο πολιτιστικό και τουριστικό μέρος, 3) γεωγραφικά βρίσκεται στη συμβολή τεσσάρων επαρχιών. Εικόνες Landsat TM (τροχιά: 122-36) οι οποίες τραβήχτηκαν στις 19 Σεπτεμβρίου 1987, 6 Σεπτέμβρη του 1994, 14 Σεπτεμβρίου 2000 και 14ης Μαΐου 2007 (τροχιά: 121-36) χρησιμοποιήθηκαν για την πειραματική μελέτη. Οι εικόνες που έχουν καταγραφεί το 2000 διορθώθηκαν γεωμετρικά με έναν τοπογραφικό χάρτη και στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν  για την καταχώριση των εικόνων από το 1987, 1994 και 2007, με την εικόνα του 2000 ως σημείο αναφοράς. Με βάση τις ιδιότητες της κάλυψης γης στην Xuzhou, χρησιμοποιήθηκαν επτά τύποι κάλυψης: οικοδομημένα οικόπεδα (BUILD),  δάση και βλάστηση (VEG), λίμνες (LAKE), χωράφια (FARM), κενά χωράφια (BFARM), άλλα υδατικά συστήματα (WATER) και γυμνό έδαφος (BARE).

[[Εικόνα: PZ6 sx1.jpg| thumb| right| '''ΕΙΚΟΝΑ 1: Ψευδοχρωματική σύνθεση εικόνας του 1994, χρησιμοποιώντας Band 5 (R), Band 4 (G) και Band 3 (Β).''']]

[[Εικόνα: PZ6 sx2.jpg| thumb| right| '''ΕΙΚΟΝΑ 2: Φασματικές καμπύλες των διαφορετικών τύπων κάλυψης γης''']]

[[Εικόνα: PZ6 sx3.jpg| thumb| right| '''ΕΙΚΟΝΑ 3: Απώλειες βλάστησης μεταξύ των ημερομηνιών 1987-2007.''']]

'''Ταξινόμηση''' 

Προτείνουμε μια στρατηγική ιεραρχικής ταξινόμησης που χρησιμοποιεί διαφορετικά χαρακτηριστικά σύνολα εισόδου για τους διαφορετικούς τύπους κάλυψης γης. Τα βήματα είναι τα εξής: 1) Εξαγωγή χαρακτηριστικών και δημιουργία συνόλου χαρακτηριστικών. Εκτός από τις ζώνες 1, 2, 3, 4, 5 και 7 της αρχικής Landsat TM εικόνας, μια σειρά από άλλα χαρακτηριστικά αποσπάστηκαν για την ταξινόμηση. 2) Φασματικά στατιστικά στοιχεία της κάλυψης γης. Τα δείγματα συλλέχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για την ανακάλυψη αποτελεσματικών χαρακτηριστικών και κανόνων για έναν συγκεκριμένο τύπο χρήσης γης. 3) Επιλογή και επικύρωση του συνδυασμού χαρακτηριστικών για συγκεκριμένους τύπους κάλυψης γης. Η βασική ιδέα του προτεινόμενου ιεραρχικού συστήματος ταξινόμησης είναι να δημιουργηθούν διάφοροι ταξινομητές χρησιμοποιώντας διαφορετικές δυνατότητες εισαγωγής για μία ή περισσότερες ειδικές κατηγορίες, με βάση την απάντησή τους σε χαρακτηριστικούς χώρους. Από την στατιστική ανάλυση, διαπιστώσαμε ότι ο συνδυασμός των (TM2, TM3, TM5, φωτεινότητα, υγρασία) είναι κατάλληλος να διακρίνει λίμνες και άλλα υδατικά συστήματα, (TM2, TM3, NDVI, PC2, πράσινο) είναι αποτελεσματικός για τη διάκριση δασών και γεωργικών εκτάσεων και (TM3, TM2, TM5, PC2, φωτεινότητα) είναι κατάλληλος να χαρακτηρίσει οικοδομημένα οικόπεδα, κενά χωράφια και γυμνό έδαφος. 4) Ιεραρχικό σύστημα ταξινόμησης: σχεδιασμός και ταξινόμηση. Σε αυτό το διάγραμμα προτείνουμε διάφορες εισροές χαρακτηριστικών που πρέπει να χρησιμοποιηθούν για διάφορες κατηγορίες, προκειμένου να επιτευχθεί ακριβής αντιστοίχιση μεταξύ κάλυψης γης και αποτελεσματικών συνδυασμών χαρακτηριστικών. Αρχικά, παράγεται ένα άδειο πλέγμα δεδομένων όπου καταγράφονται και συνδυάζονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης από κάθε ταξινομητή. Ο πρώτος ταξινομητής χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει λίμνες και νερό χρησιμοποιώντας TM2, TM3, TM5, φωτεινότητα και υγρασία ως εισροές. Ο δεύτερος ταξινομητής χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση δασών και γεωργικών εκτάσεων που χρησιμοποιούν TM2, TM3, NDVI, PC2 και πράσινο ως εισροές. Στον τρίτο ταξινομητή, χαρακτηριστικά όπως TM3, TM2, TM5 PC2 και φωτεινότητα χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση δομημένου εδάφους, χώματος και κενών χωραφιών. 5) Επεξεργασία των αποτελεσμάτων της ταξινόμησης.


'''Στατιστικά και ανάλυση'''

Από τη γενική τάση, είναι προφανές ότι η οικιστική περιοχή αυξάνεται διαρκώς, ότι η γεωργική γη μειώθηκε σταδιακά, ενώ οι άλλες χρήσεις γης δεν παρουσίασαν οργανωμένες αλλαγές. Από αυτές τις αλλαγές, η πιο σημαντική ήταν η μετάβαση από χωράφια, δάσος, βλάστηση και γυμνό έδαφος σε οικοδομημένα οικόπεδα, εξαιτείας της ταχείας διαδικασίας αστικοποίησης την περίοδο αυτή. Το ποσό των γεωργικών εκτάσεων παρουσιάζει συνεχή πτώση και η απώλεια αυτή έτεινε να επιταχυνθεί. Η περιοχή των υδατικών πόρων αυξήθηκε ραγδαία  την περίοδο 1987-1994 και στη συνέχεια παρέμεινε σταθερή με μια ελαφρά μείωση την περίοδο 1994-2007.


'''Ανάλυση των αλλαγών βλάστησης'''
'''NDVI παραγωγή και διαφορά'''

Επιλέχθηκε η μέθοδος NDVI για την περιγραφή και τη διερεύνηση των αστικών αλλαγών βλάστησης την περίοδο 1987 - 2007. Προκειμένου να βελτιωθεί η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της NDVI, μετατράπηκαν πρώτα οι Digital Number (DN, ή γκρι) τιμές σε  εδαφική ανάκλαση μέσω ατμοσφαιρικής και ραδιομετρικής διόρθωσης. Η διαφορά της εικόνας ολοκληρώθηκε με οριακή κατάτμηση και λειτουργία συγκάλυψης για να εντοπιστούν οι αλλαγές στη βλάστηση.


'''Συμπεράσματα''' 

Προκειμένου να αναλυθούν οι αλλαγές στους ανθρώπινους οικισμούς της Xuzhou κατά τα τελευταία 20 χρόνια, οι αλλαγές στην κάλυψη γης και τη βλάστηση, ερευνήθηκαν με βάση  πολυφασματικές εικόνες Landsat TM / ETM + της περιοχής μελέτης. NDVI διαφορές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των αλλαγων της βλάστησης και αναπτύχθηκε μια αποτελεσματική εξάλλειψη ψευδών πληροφοριών που βασίστηκε σε προηγούμενες μελέτες και στατιστικές. Παρόλο που έχουμε χαράξει κάποια βασικά συμπεράσματα σχετικά με τις αλλαγές των αστικών καταστάσεων στην Xuzhou κατά τα τελευταία 20 χρόνια, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν στο εγγύς μέλλον.