Ανάλυση της αστικής ανάπτυξης και εξάπλωσης με τη χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης για την πόλη Φεζ του Μαρόκο

''' Ανάλυση της αστικής ανάπτυξης και εξάπλωσης με τη χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης για την πόλη Φεζ του Μαρόκο '''

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' '' Analysis of urban growth and sprawl from remote sensing data: Case of Fez, Morocco ''

'''Συγγραφείς: '''  Abdelkader El Garouani, David J. Mulla, Said El Garouani, Joseph Knight 

'''Δημοσιεύθηκε: ''' ''International Journal of Sustainable Built Environment, Volume 6, Issue 1, June 2017, Pages 160-169''

'''ΛΕΞΕΙΣ-ΚΛΕΙΔΙΑ: ''' Αστική εξάπλωση, GIS, Τηλεπισκόπηση, Φεζ, Μαρόκο

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_1.jpg  | thumb| right|Eικόνα 1:'''Πληθυσμιακή ανάπτυξη στις αστικές και αγροτικές περιοχές του Μαρόκο  ''']]

'''Αντικείμενο'''

Αντικείμενο της παρούσας μελέτης είναι να αναλύσει τη σχέση μεταξύ της αστικοποίησης και των αλλαγών στις χρήσεις γης, εξετάζοντας τις αντίστοιχες επιπτώσεις, σε μια  αστική περιοχή του Μαρόκο. Ειδικότερα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και στοιχείων απογραφής ταυτοποιήθηκαν τα διάφορα μοτίβα αλλαγών χρήσεων γης και οικονομικής μεγέθυνσης για την περίοδο 1984-2013. Η μελέτη έδειξε πως η περιοχή αστικών δραστηριοτήτων αυξήθηκε κατά 121%, ενώ η αγροτική γη που καλύπτεται από γεωργικές δραστηριότητες ή δασικές εκτάσεις μειώθηκε κατά 11% και 3% αντίστοιχα.

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_2.jpg  | thumb| right|Eικόνα 2:'''Γεωγραφική θέση της περιοχής μελέτης   ''']]

'''Εισαγωγή'''

Η αστικοποίηση των τελευταίων ετών, στα πλαίσια της παγκοσμιοποίησης, του εκμοντερνισμού και της εκβιομηχάνισης των κοινωνιών έχει αποφέρει πλεονεκτήματα μόνο σε μειοψηφία του συνολικού πληθυσμού. Τον τελευταία αιώνα, αντίστοιχη πορεία προς την αστικοποίηση ακολούθησε και η κοινωνία του Μαρόκο, έχοντας ως επακόλουθο την ανάδειξη αρκετών περιβαλλοντικών προβλημάτων που ταλανίζουν κυβέρνηση και κατοίκους. Το πλήθος των αδιαπέραστων επιφανειών της χώρας αποτελεί σημαντικό δείκτη για την ποιότητα των περιβαλλοντικών συνθηκών. Ως αδιαπέραστη επιφάνεια, ορίζεται κάθε επιφάνεια όπου το νερό δε μπορεί να διεισδύσει εξ’ αιτίας της κατασκευής ανθρωπογενών υποδομών. Η αδιαπερατότητα αυξάνει την επιφανειακή απορροή των υδάτων και έτσι το πλήθος των αδιαπέραστων επιφανειών μια περιοχής είναι καθοριστικό για την αξιολόγηση του ρίσκου εκδήλωσης πλημμύρας, αλλά λειτουργεί και ως στοιχείο για τον αντιπλημμυρικό σχεδιασμό της. Η παρούσα μελέτη διεξήχθη με γνώμονα τον ολοκληρωμένο σχεδιασμό και ανάπτυξη των πόλεων, μέσω της εξέτασης των χωρικών πληροφοριών που προκύπτουν από τους τύπους χρήσεων/καλύψεων γης και των διαχρονικών μεταβολών τους. Οι πληροφορίες αυτές θα αποτελέσουν σημαντικό εργαλείο για τη σύνθεση πολιτικής διαχείρισης και τη λήψη αποφάσεων που θα εξασφαλίζουν τη βιώσιμη αστική ανάπτυξη και εξάπλωση της περιοχής μελέτης. Πέραν των χωρικών πληροφοριών, χρησιμοποιήθηκαν τοπογραφικοί χάρτες, δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης και άλλα απαραίτητα για την έρευνα δεδομένα.

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_3.jpg  | thumb| right|Eικόνα 3:'''Διάγραμμα διασποράς των TM4(άξονας Υ) και ΤΜ3(άξονας Χ)  ''']]

'''Περιοχή μελέτης'''

Η μελέτη εστιάζει στην πόλη Φεζ του Μαρόκο με πληθυσμό 1.129.768 κατοίκους(σύμφωνα με στοιχεία του 2014) και συνολική έκταση 30km2. Η Φεζ αποτελεί θρησκευτικό, τουριστικό και ακαδημαϊκό κέντρο, ενώ τα τελευταία χρόνια αντιμετωπίζει ραγδαία εξάπλωση, όπως όλες οι πόλεις του Μαρόκο, η οποία δημιουργεί αντίστοιχα προβλήματα και προκλήσεις. 

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_4.jpg  | thumb| right|Eικόνα 4:'''Διάγραμμα ροής των χωρικών και χρονικών αλλαγών στις αστικές καλύψεις γης   ''']]

'''Μεθοδολογία'''

Οι κύριες πηγές για τη μελέτη μας είναι δορυφορικές εικόνες από το δορυφόρο Landsat TM και τον αισθητήρα OLI-TIRS του Landsat 8, αεροφωτογραφίες, τοπογραφικοί χάρτες, δημογραφικά στοιχεία, στοιχεία απογραφής, πληροφορίες από το Σχέδιο Αστικής Ανάπτυξης της Φεζ και από την έρευνα πεδίου που διεξήχθη. Η ταξινόμηση και η ανάλυση των δορυφορικών εικόνων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση λογισμικού ERDAS και ArcGIS. Οι δορυφορικές εικόνες που επιλέχθηκαν είναι από την άνοιξη ή το καλοκαίρι. Πριν την ανάλυση των εικόνων πραγματοποιήθηκε γεωμετρική διόρθωση με το κατάλληλο λογισμικό. Στις καλοκαιρινές εικόνες η αστική περιοχή της Φεζ διακρίνεται εύκολα, από τις περιοχές βλάστησης, ενώ στις ανοιξιάτικες χρειάζεται περαιτέρω ανάλυση, καθώς το οικιστικό σύνολο φασματικά παρουσιάζει ομοιότητες με το γυμνό έδαφος. Για την καλύτερη διάκριση των στοιχείων αυτών, η μελέτη χρησιμοποιεί το δείκτη VSW(vegetation-soil-water) που διαχωρίζει τη βλάστηση, το έδαφος και τα υδάτινα στοιχεία. Η εικόνα του δείκτη VSW είναι η βάση για να εντοπιστούν οι αμιγώς αστικές περιοχές. Ο δείκτης VSW υπολογίζεται από το διάγραμμα διασποράς(scatter plot) του κόκκινου καναλιού με το εγγύς-υπέρυθρο κανάλι. Τοποθετώντας τις τιμές για κάθε pixel των δύο καναλιών στο διάγραμμα, παρατηρούμε πώς αυτά κατανέμονται στην εικόνα και έτσι απομονώνουμε pixels που συσχετίζονται μεταξύ τους. Ύστερα από την ανάλυση και διόρθωση των εικόνων ακολουθεί η ταξινόμηση για την εξαγωγή αποτελεσμάτων. Ως μέθοδος ταξινόμησης επιλέχθηκε αυτή της επιβλεπόμενης ταξινόμησης και συγκεκριμένα αυτή της μέγιστης πιθανότητας(maximum likelihood) που είναι και η πιο διαδεδομένη. Αναλυτικότερα, κατά τη διαδικασία της ταξινόμησης διαχωρίσαμε την περιοχή σε 8 κατηγορίες χρήσεων γης(υδάτινες, αστικές, βιομηχανική περιοχή, βοσκότοποι, ελαιώνες, οπωρώνες, δασικές, γεωργικές) και λάβαμε συνολικά 40 περιοχές εκπαίδευσης(5 για κάθε κατηγορία), μέσω της ψηφιοποίησης συγκεκριμένων πολυγώνων πάνω στην εικόνα.

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_5.jpg  | thumb| right|Eικόνα 5:'''Ψευδέχρωμα σύνθετα εικόνων Landsat και Google Earth με την πόλη Φεζ τα έτη 1984 και 2013  ''']] 

'''Αποτελέσματα και συζήτηση'''

Δημιουργήθηκαν δύο χάρτες χρήσεων γης ύστερα από την ολοκλήρωση της διαδικασίας ταξινόμησης, για τα έτη 1984 και 2013, ώστε να πραγματοποιηθεί σύγκριση μεταξύ τους με στόχο τον εντοπισμό των μεταβολών. Για τον έλεγχο ακρίβειας των ταξινομήσεων δημιουργήθηκαν μήτρες σφαλμάτων, χρησιμοποιώντας ως δεδομένα ανεξάρτητο δείγμα 30 πολυγώνων από κάθε ταξινόμηση. Τα αποτελέσματα έδειξαν αύξηση της αστικής περιοχής κατά 2.462ha(121%) και των ελαιώνων κατά 981ha(3%), ενώ μείωση εμφανίζουν οι γεωργικές καλλιέργειες κατά 4.121ha(11%) και οι δασικές περιοχές κατά 19ha(3%). Για τις υδάτινες επιφάνειες υπάρχει αύξηση της τάξεως του 247%. Η τεράστια αυτή αύξηση των υδάτινων όγκων μπορεί να οφείλεται στην κατασκευή δύο φραγμάτων και στις έντονες βροχοπτώσεις που έλαβαν χώρα το 2013. Μέσω της ανάλυσης εικόνων Landsat παρατηρήθηκε η αστική εξάπλωση η οποία αντιστοιχεί σε 4,2% από το 1984 έως το 2013. Έπειτα το ποσοστό συγκρίθηκε με τον αντίστοιχο ετήσιο ρυθμό πληθυσμιακής αύξησης για την ίδια περίοδο ο οποίος ανέρχεται σε 3,9%. Παρατηρούμε πως η ανάπτυξη των αστικών χρήσεων είναι μεγαλύτερη από αυτή του πληθυσμού. Για τον καλύτερο υπολογισμό την αναλογίας χρησιμοποιήθηκε ο Δείκτης Αστικής Εξάπλωσης(Urban Sprawl Index, USI), ο οποίος μετρά την εξάπλωση της αστικής περιοχής σταθμισμένη με την ανάπτυξη του πληθυσμού. Ο δείκτης παίρνει τιμή μηδέν όταν ο πληθυσμός και η έκταση της αστικής περιοχής παραμένουν σταθερά διαχρονικά. Όταν ο δείκτης είναι μεγαλύτερος του μηδενός αυτό σημαίνει πως ο ρυθμός αστικής εξάπλωσης ξεπερνά αυτόν της πληθυσμιακής ανάπτυξης. Έτσι συμβαίνει και στην πόλη Φεζ, όπου ο δείκτης παίρνει τιμή USI=4,2/3,9=1,08. Σύμφωνα με τον πίνακα μεταβολών χρήσεων γης που δημιουργήθηκε η αύξηση των αστικών περιοχών προήλθε κυρίως από τη μετατροπή γεωργικών εκτάσεων, βοσκότοπων και οπωρώνων σε αστικές.

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_6.jpg  | thumb| right|Eικόνα 6:'''Οι χάρτες καλύψεων γης της Φεζ για τα έτη 1984 και 2013  ''']]
           
'''Συμπεράσματα'''

Στη συγκεκριμένη μελέτη επιχειρήσαμε να αναλύσουμε το φαινόμενο της ραγδαίας αστικής εξάπλωσης της πόλης Φεζ στο Μαρόκο, η οποία έχει προκαλέσει περιβαλλοντικά και κοινωνικοοικονομικά προβλήματα στην ευρύτερη περιοχή. Η αστική εξάπλωση πραγματοποιήθηκε κυρίως εις βάρος γεωργικών και δασικών εκτάσεων, αυξάνοντας ταυτόχρονα την έκταση αδιαπέραστης γης που δημιουργεί αυξημένο κίνδυνο πλημμύρας.

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_7.jpg  | thumb| right|Πίνακας 1:'''Σχεδιάγραμμα ταξινόμησης καλύψεων γης  ''']] 

'''Συμβολή της τηλεπισκόπησης'''

Η τηλεπισκόπηση, όπως φάνηκε από την εργασία, δύναται να αποτελέσει βασικό κομμάτι καταγραφής της υφιστάμενης κατάστασης και των μεταβολών που έχουν προκύψει από την ανάπτυξη του αστικού κέντρου Φεζ. Επιπλέον, μέσω των εφαρμογών και των τεχνικών της τηλεπισκόπησης καθίσταται δυνατός ο εντοπισμός των ακριβή σημείων που έχουν πραγματοποιηθεί οι μεταβολές αυτές, αλλά και η ταυτοποίηση του χαρακτήρα των μεταβολών αυτών. Ειδικότερα, οι βασικότερες μέθοδοι τηλεπισκόπησης που χρησιμοποιήθηκαν στη συγκεκριμένη μελέτη είναι η ελεγχόμενη ταξινόμηση και οι δείκτες, στοιχεία που προσέφεραν χρήσιμες πληροφορίες για το αντικείμενο που εξετάστηκε. Οι πληροφορίες που μας παρέχει η ανάλυση των δορυφορικών εικόνων με εργαλεία τηλεπισκόπησης μπορεί να αποτελέσουν κομβικής σημασίας θεμέλια για τη χάραξη μιας ολοκληρωμένης πολιτικής ανάπτυξης και διαχείρισης που θα βασίζεται στη βιωσιμότητα του περιβάλλοντος και όχι στην απομύζησή του. 

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212609016300668]

[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_8.jpg.jpg  | thumb| right|Πίνακας 2:'''Περιγραφή των φασματικών καναλιών του Landsat TM  ''']]
[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_9.jpg  | thumb| right|Πίνακας 3:'''Περιγραφή των φασματικών καναλιών του Landsat OLI  ''']]
[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_10.jpg  | thumb| right|Πίνακας 4:'''ΣΜήτρα ανάλυσης σφαλμάτων των πεδίων(στήλες) έναντι της ταξινόμησης Landsat(γραμμές)  ''']]
[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_11.jpg  | thumb| right|Πίνακας 5:'''Μεταβολές χρήσεων γης κατά τη διάρκεια της περιόδου 1984-2013(μετρημένη σε εκτάρια) ''']]
[[Εικόνα:rswiki_p2_ld_12.jpg  | thumb| right|Πίνακας 6:'''Μήτρα καλύψεων γης και μεταβολών(μονάδα μέτρησης: εκτάρια) από το 1984 έως το 2013 ''']]