Ανίχνευση και πρόβλεψη της μείωσης καλλιεργήσιμης γης από την εξάπλωση του φαινομένου της αστικοποίησης με την χρήση τηλεπισκόπησης

<b> Πρωτότυπος τίτλος: </b> Temporal detection and prediction of agricultural land consumption by urbanization using remote sensing

<b> Συγγραφείς:</b> Osama Rady Abd EL-kawy, Hassan Ahmed Ismail, Hythem Mohamed Yehia, Mohamed Abdelrady Allam

<b> Δημοσιεύθηκε:</b> The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences 22 (2019) 237–246

<b> Πηγή:</b> https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1110982318304757


'''  Σκοπός ''' <br>
Η έρευνα αυτή αποσκοπεί i.) στην ανίχνευση αλλαγών σχετικά με τις χρήσεις γης (Land use/ Land cover- LULC) που έχουν λάβει χώρα στην περιοχή της Αλεξάνδρειας (Αίγυπτος) τις τελευταίες τρεις δεκαετίες ii) την ανάλυση και την ποσοτικοποίηση της παρούσας μείωσης αγροτικής γης από την εξάπλωση του αστικού ιστού και iii.) πρόβλεψη της εξέλιξης του φαινομένου. Τα αποτελέσματα της έρευνας απευθύνονται στις αρχές που είναι υπεύθυνες για τον χωροταξικό σχεδιασμό της περιοχής. 


''' Περιοχή μελέτης ''' <br>
Ως περιοχή μελέτης έχει οριστεί το ΒΑ τμήμα των περιφερειών Αλεξάνδρειας και της Ελ- Μπεχιέρα (Εικ.1). Πρόκειται για μια εξελισσόμενη περιοχή, στην οποία παρατηρείται ραγδαία αύξηση πληθυσμού, με αποτέλεσμα την ανέγερση ολοένα και περισσότερων κτηρίων, καθώς και άλλων κατασκευών όπως είναι οι μεγάλοι αυτοκινητόδρομοι. Αν και η κύρια οικονομική πηγή της περιοχής είναι το λιμάνι της Αλεξάνδρειας, οι καλλιεργήσιμες εκτάσεις των περιφερειών αυτών θεωρούνται σημαντικές λόγω των περιορισμένων καλλιεργήσιμων εκτάσεων που έχει η χώρα. 

[[Εικόνα :AREAAL_RS.png| thumb| right| <b> Εικόνα 1 </b>: Περιοχή Μελέτης]]

[[category:Αστικός και περιφερειακός σχεδιασμός]]
''' Μεθοδολογία ''' <br>
Για την πραγματοποίηση της έρευνας χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από τους Landsat Multi Spectral Scanner (MSS), Thematic Mapper (TM) και Operational Land Imager (OLI) των ετών 1987, 2001, 2015 και 2019. Επιλέχθηκαν εικόνες που λήφθηκαν κατά τους χειμερινούς μήνες, δηλαδή την περίοδο που καλλιεργείται η γη, και οι οποίες δεν περιλαμβάνουν κάλυψη από σύννεφα. 


''' 1. Προεπεξεργασία ''' <br>
Το πρώτο στάδιο της μελέτης περιλαμβάνει την προεπεξεργασία των εικόνων (Εικ.2), δηλαδή τη γεωμετρική διόρθωση, που έγινε με την χρήση του συστήματος αναφοράς Transverse Mercator WGS1984 και τη δημιουργία διαφόρων σύνθετων για την καλύτερη ερμηνεία της εικόνας. Επίσης,  χρησιμοποιήθηκαν εικόνες Google Earth και ιστορικές καταγραφές, ενώ πραγματοποιήθηκαν και συχνές επισκέψεις στην περιοχή μελέτης. 

[[Εικόνα :STEPS_RS.png| thumb | right | <b> Εικόνα 2 </b>: Βήματα που ακολουθήθηκαν για την πραγματοποίηση της μελέτης]]


''' 2. Ταξινόμηση ''' <br>
Το επόμενο στάδιο αφορά στην ταξινόμηση, η οποία περιλαμβάνει τρεις επί μέρους διαδικασίες: την επιβλεπόμενη ταξινόμηση, τη μετα-ταξινόμηση και το φιλτράρισμα. Για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση επιλέχθηκε η προσέγγιση της μεγαλύτερης πιθανοφάνειας και ορίσθηκαν πέντε LULC κατηγορίες: οι καλλιέργειες, ο αστικός ιστός, οι κήποι, η εθνική οδός και το νερό (Εικ.3). 

[[Εικόνα :CAT_RS.png| frame | center | <b> Εικόνα 3 </b>: Οι κατηγορίες που ορίσθηκαν κατά την ταξινόμηση]]


Συνολικά δημιουργήθηκαν τέσσερις χάρτες, ένας για την κάθε χρονιά. Βέβαια, υπάρχουν διάφοροι παράγοντες, όπως η κυκλική εναλλαγή καλλιεργειών, η “ένταση” της φυτοκάλυψης, αλλά και οι πιθανές αλλαγές στην χρήση γης, οι οποίες δημιουργούν προβλήματα στην ταξινόμηση. Προς επίλυση αυτών των θεμάτων αυτών εφαρμόστηκε μια διαδικασία μετα-ταξινόμησης, η οποία περιλαμβάνει την υπέρθεση των χαρτών 1987- 2015 και 2001- 2015 και τη δημιουργία εν τέλει ενός νέου χάρτη επαρκώς αντιπροσωπευτικού για το έτος 2015. Ακόμα όμως ένα πρόβλημα προκύπτει κατά την ταξινόμηση, το οποίο σχετίζεται με την παρόμοια φασματική υπογραφή του αστικού ιστού με του δρόμους, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον καθορισμό αυτών των δύο κατηγοριών. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος ακολουθήθηκε η διαδικασία του φιλτραρίσματος για τις εικόνες των ετών 2001, 2015 και 2019, καθώς ο εθνικός δρόμος δεν φαίνεται στην εικόνα του 1987. 

Έτσι, δημιουργήθηκαν οι χάρτες χρήσης γης για κάθε έτος, αλλά για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων είναι απαραίτητος ο έλεγχος ακρίβειας. Για την εκτίμηση της ακρίβειας των παραχθέντων χαρτών μια στρωματοποιημένη τυχαία δειγματοληψία έλαβε χώρα και παράχθηκε ένας πίνακας σφαλμάτων για καθέναν από τους τέσσερις χάρτες.  


''' 3. Ανίχνευση αλλαγών χρήσης γης και πρόβλεψη μελλοντικών αλλαγών ''' <br>
Ο τελικός εντοπισμός των αλλαγών χρήσεων γης έγινε με την τεχνική του Post-Classification Comparison (PCC), το οποίο συγκρίνει εικόνες από διαφορετικές χρονικές περιόδους και παράγει χάρτες που αναδεικνύουν την αλλαγή που έχει λάβει χώρα αναφορικά με το είδος, το μέγεθος και την τοποθεσία. Με τη διαδικασία αυτή παράχθηκαν οι χάρτες αλλαγών (Εικ. 4). 

Αντίστοιχα, για την πρόβλεψη των μελλοντικών αλλαγών αναφορικά με την χρήση γης χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο Land Change Modeler (LCM) που βασίζεται στην αλυσίδα Μάρκοφ. 

[[Εικόνα :LUMAP_RS.png| frame | left | <b> Εικόνα 4 </b>: Χάρτες αλλαγής χρήσης γης]]


''' Αποτελέσματα ''' <br>
Σύμφωνα με την ταξινόμηση, οι κατηγορίες που κυριαρχούν είναι οι καλλιεργήσιμη γη και ο αστικός ιστός. Κατά την χρονική περίοδο που μελετήθηκε, η παρουσία του αστικού ιστού αυξήθηκε κατά 11.48%, οι καλλιέργειες μειώθηκαν κατά 11.03% μεταξύ 1987 και 2019, ενώ το νερό ήδη παύει να εμφανίζεται στις εικόνες από το 2015. Οι περιοχές με την μεγαλύτερη απώλεια σε καλλιέργειες βρίσκονται νοτιοανατολικά της πόλης της Αλεξάνδρειας, καθώς και η ευρύτερη περιοχή της πόλης Ελ- Μπεχιέρα (Εικ.5). 


[[Εικόνα :SDURB_RS.png| frame | right | <b> Εικόνα 5 </b>: Χωρική απεικόνιση της αστικοποίησης]]

Η απώλεια των καλλιεργήσιμων εκτάσεων από την άναρχη δόμηση ακολουθεί συγκεκριμένα στάδια, ξεκινώντας από την εγκατάλειψη των καλλιεργειών από τους αγρότες ή/και ιδιοκτήτες της γης. Στην συνέχεια γίνεται ο διαχωρισμός της γης σε μικρότερα τμήματα και η ανέγερση των πρώτων κατοικιών, συνήθως από τους ίδιους τους αγρότες. Από αυτό το στάδιο και μετά απλά συνεχίζεται η εκτός σχεδίου δόμηση, μέχρι να εξελιχθεί μια αγροτική περιοχή σε οικισμό. Αυτή η άναρχη εξάπλωση του αστικού ιστού οφείλεται κυρίως στην αύξηση πληθυσμού, αλλά παίζουν ρόλο και άλλοι παράγοντες όπως η αξία της γης, η έλλειψη πολεοδομικού σχεδίου, ο κατακερματισμός της γης κ.α. Μάλιστα, θεωρείται ότι σημαντικό ρόλο στην αύξηση της αστικοποίησης έπαιξε η Αραβική Άνοιξη.