Πολυχρονική ανάλυση δεδομένων Landsat για χρήσεις/καλύψεις (X/K) γης στην περιοχή Haridwar με τη χρήση τεχνικών τηλεπισκόπησης.

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' Multi-Temporal Landsat Data Analysis for Land-use/Land-cover Change in Haridwar Region using Remote Sensing Techniques

'''Συγγραφείς:''' Saurabh Kumara 1, Shwetankb 2, Kamal Jainc 3

1 Research scholar, DCS, Gurukula Kangri Vishwavidyalaya, Haridwar-249404, Uttarakhand, India

2 Assistant Professor, DCS, Gurukula Kangri Vishwavidyalaya, Haridwar-249404, Uttarakhand, India

3 Professor, Department of Civil Engineering, IIT, Roorkee, Uttarakhand, India

'''Δημοσιεύθηκε:''' Procedia Computer Science, 2020

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [[https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.04.127]]

'''Λέξεις-κλειδιά:''' χρήσεις/καλύψεις (Χ/Κ) γης, ανίχνευση αλλαγών, τηλεπισκόπηση, οπωρώνες, ταξινόμηση μέγιστης πιθανοφάνειας


[[Αρχείο:2 1 paparizos.JPG|200px|thumb|right|'''Εικόνα 1.''' Η περιοχή μελέτης.]]

[[Αρχείο:2 2 paparizos.JPG|200px|thumb|right|'''Εικόνα 2.''' Δεδομένα δορυφορικών εικόνων που χρησιμοποιήθηκαν.]]

[[Αρχείο:2 3 paparizos.JPG|200px|thumb|right|'''Εικόνα 3.''' Αποτελέσματα ταξινόμησης.]]

[[Αρχείο:2 4 paparizos.JPG|200px|thumb|right|'''Εικόνα 4.''' Αλλαγές στις Χ/Κ γης διαχρονικά στην περιοχή μελέτης.]]

[[Αρχείο:2 5 paparizos.JPG|200px|thumb|right|'''Εικόνα 5.''' Οι αλλαγές στις Χ/Κ γης στην περιοχή μελέτης, όπως φαίνονται με την ταξινόμησης μέγιστης πιθανοφάνειας.]]

'''Εισαγωγή'''

Ο στόχος της παρούσας ερευνητικής μελέτης είναι να διερευνήσει την αλλαγή στην Χ/Κ γης της περιοχής Haridwar λόγω της αύξησης του πληθυσμού και της εκβιομηχάνισης και να αναλύσει τον αντίκτυπο αυτών των αλλαγών στην αγροτική και δασική γη. Η χρήση της τηλεπισκόπησης με δεδομένα δορυφορικών εικόνων είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για την πραγματοποίηση εκτιμήσεων αλλαγής Χ/Κ γης για μεγάλες περιοχές και την παραγωγή ακριβών χαρτών που θα παρουσιάσουν σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της αλλαγής της αγροτικής γης αλλά και στη διαχείριση της λεκάνης απορροής. Η τηλεπισκόπηση είναι μια πολύ βολική τεχνική για την ανίχνευση αλλαγών σε ολόκληρη τη γη χωρίς να έρχεται σε φυσική επαφή και παράγει χωρικές πληροφορίες. Η παρατήρηση των αλλαγών Χ/Κ γης είναι απαραίτητη για την κατανόηση της συνολικής δυναμικής. Η ποικιλία των δορυφορικών αισθητήρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή δεδομένων εικόνας της περιοχής μελέτης, ο καθένας με μοναδικές ιδιότητες (χωρική, φασματική και χρονική ανάλυση). Οι τεχνικές των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφορικής (ΓΣΠ) λειτουργούν ως σύστημα υποστήριξης αποφάσεων που μπορεί να διαδραματίσει ζωτικό ρόλο στην παρακολούθηση και τον σχεδιασμό. Η χρήση του εργαλείου ΓΣΠ έχει αποδειχθεί πολύ διαδεδομένη στον τομέα της έρευνας του αγροτικού και του αστικού σχεδιασμού. Ορισμένοι ερευνητές χρησιμοποίησαν το μοντέλο ΓΣΠ στην αστική εξάπλωση για την κατανόηση των επιπτώσεων της αστικής εξάπλωσης στη φύση. Τα πολυφασματικά δεδομένα δορυφορικών εικόνων Landsat έχουν πολλές δυνατότητες για την παρακολούθηση, τη χαρτογράφηση και τον εντοπισμό αλλαγών σε πολυάριθμα πεδία βλάστησης, γεωργίας, κηπευτικών, δασοκομίας, αστικοποίησης και διαχείρισης καταστροφών. 

'''Στόχος '''

Ο στόχος της μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών σε οπωρώνες, γεωργικές εκτάσεις, αστικές εκτάσεις και των επιπτώσεών τους με τη χρήση τηλεπισκόπησης. Τα επόμενα χαρακτηριστικά είναι απαραίτητα για την επίτευξη των βασικών στόχων. Προσδιορισμός του ρυθμού των μεταβολών σε 21 έτη (1996-2017) στις περιοχές μελέτης. Ανάλυση των αλλαγών στις υφιστάμενες Χ/Κ γης και οι πιθανές επιπτώσεις.

'''Περιοχή μελέτης'''

Η περιφέρεια Haridwar (εντός της οποίας βρίσκεται και η περιοχή Laksar) βρίσκεται στο νοτιοδυτικό τμήμα του κρατιδίου Uttarakhand της Ινδίας [Εικόνα 1], σε υψόμετρο 314 m από το επίπεδο του θάλασσας, έχει έκταση 2.360 km², με συνολικό πληθυσμό 1.890.422 κατοίκους σύμφωνα με την απογραφή του 2011. Είναι σημαντικό μέρος για την καλλιέργεια κηπευτικών και τη γεωργία στην πολιτεία Uttarakhand.

'''Υλικά-Μέθοδοι'''

Χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι δεδομένων, τα πρωτογενή και δευτερογενή δεδομένα. Τα πρωτογενή δεδομένα συλλέχθηκαν με έρευνα πεδίου. Σε αυτή την έρευνα, η φορητή συσκευή GPS Garmin 60 χρησιμοποιήθηκε για να συλλογή των επίγειων σημείων στο αρχικό επίπεδο της μελέτης. Ο τοπογραφικός χάρτης που παρέχεται από το κράτος της Ινδίας σε κλίμακα 1:25000, χρησιμοποιείται ως δεδομένο αναφοράς για τον προσδιορισμό της απόκλισης Χ/Κ γης. Παρά το γεγονός ότι ολόκληρη η μελέτη στηρίχθηκε σε δευτερογενείς πληροφορίες, η επιτόπια έρευνα της περιοχής μελέτης οδήγησε στην κατάλληλη έγκριση των πληροφοριών. Διοργανώθηκε σύντομη συνάντηση των ντόπιων γεωργών/ανθρώπων για να κατανοηθεί η άποψή τους για τα πρότυπα της Χ/Κ γης. Η οποία είναι χρήσιμη για τον προσδιορισμό των αλλαγών στην περιοχή μελέτης. Τα βασικά δορυφορικά δεδομένα (Landsat-8 OLI, Landsat-7 ETM+ και Landsat-5 TM) για την αξιολόγηση των αλλαγών Χ/Κ γης στην περιοχή Haridwar και Laksar αποκτήθηκαν από το USGS earth explorer. Τα δεδομένα των εικόνων Landsat-5 TM & Landsat-7 ETM+ περιέχουν φασματικό μήκος κύματος 0,45- 0,52 (B1-Blue), 0,52-0,60 (B2-Green), 0,63-0,69 (B3-Red), 0,77-0,90 (B4-NIR), 1,55-1,75 (B5-SWIR), 10,40-12,50 (B6-TIR) και 2,09-2,35 (B7-SWIR), ανάλυση 30 μέτρων. Τα δεδομένα των εικόνων Landsat-8 OLI έχουν φασματικό μήκος κύματος 0,435-0,451 (B1-Coastal Aerosol), 0,452-0,512 (B2-Blue), 0,533-0,590 (B3-Green), 0,636-0,673 (B4-Red), 0,851- 0,879 (B5-NIR), 1,566-1,651 (B6-SWIR1) και 2,107-2,294 (B7-SWIR2), ανάλυση 30 μέτρων. Στην παρούσα μελέτη, τα δεδομένα δορυφορικών εικόνων έχουν ελάχιστη (λιγότερο από 5,7%) κάλυψη από νέφη εδάφους και νέφη σκηνής. Δεδομένα δορυφορικών εικόνων με ελάχιστη νεφοκάλυψη θα μπορούσαν να αυξήσουν την ακρίβεια ταξινόμησης. 
Οι δορυφορικές εικόνες της περιοχής μελέτης κατηγοριοποιούνται σε επτά διαφορετικές κατηγορίες χρήσεων γης και είναι οι εξής: οπωρώνες, βλάστηση, γεωργική γη, λιβάδια, αστική γη, υδάτινα σώματα, και λεκάνη απορροής [Εικόνα 2].

'''Αποτελέσματα-Συζήτηση'''

Η ταξινόμηση Χ/Κ γης προσδιορίζεται με τη χρήση επιβλεπόμενης ταξινόμησης βάσει εικονοστοιχείων. Η περιοχή μελέτης κατανέμεται σε επτά διαφορετικές κατηγορίες (οπωρώνες, βλάστηση, λιβάδια, γεωργική γη, αστική γη, υδάτινα σώματα και λεκάνη απορροής) με τη χρήση διαχρονικών δορυφορικών δεδομένων Landsat από το έτος 1996 έως το 2017. Η ταξινόμηση που χρησιμοποιήθηκε είναι της μέγιστης πιθανοφάνειας. Η συνολική έκταση μελέτης για κάθε ταξινόμηση LU/LC εικόνα από το 1996 έως το 2017 παρουσιάζεται στον πίνακα της Εικόνας 3.

Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης και ο δείκτης kappa για 21 έτη παρουσιάζονται στον πίνακα 5-8. Η υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης βρέθηκε για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση του 2017 (93%) και η χαμηλότερη ακρίβεια για το 2010 (80.67%).Η τιμή του δείκτη kappa εφαρμόζεται για τον έλεγχο της ορθότητας της ταξινόμησης και η τιμή 0,81-1,00 αντιπροσωπεύει σχεδόν πλήρη/πλήρη ταύτιση μεταξύ της ταξινόμησης και της τιμής αναφοράς στη μέθοδο ταξινόμησης. Η μελέτη δείχνει ότι η επιβλεπόμενη ταξινόμηση με βάση τα εικονοστοιχεία είναι μια καλή επιλογή για την έρευνα σχετικά με τη Χ/Κ γης.

Η αξιολόγηση ανίχνευσης αλλαγών περιγράφει και ποσοτικοποιεί τη διαφορά μεταξύ των χαρτών Χ/Κ γης [Εικόνα 5] της περιοχής σε διαφορετικές χρονικές περιόδους. Οι εν λόγω μεταβολές έχουν παρουσιάσει αρνητικές μεταβολές σε δύο κατηγορίες (οπωρώνες και βλάστηση). σε σύγκριση με την περίοδο 1996-2003, το σενάριο παρουσιάζει καλύτερη τάση από το 2003 έως το 2010 και από το 2010 έως το 2017. Μεταξύ 1996 και 2003, περίπου 7688,25 εκτάρια οπωρώνων μειώθηκαν, παρουσιάζοντας αρνητική μεταβολή (47%). Παρόμοια αποτελέσματα βρέθηκαν κατά την περίοδο 2003-2010 και 2010-2017, όπου η καλυπτόμενη έκταση των οπωρώνων μειώθηκε κατά 2414,07 εκτάρια και 1704,33 εκτάρια, παρουσιάζοντας αρνητική μεταβολή (28% και 27%). Η συνολική υποβάθμιση της καλυπτόμενης έκτασης των οπωρώνων κατά την περίοδο 1996-2017 μειώθηκε κατά 11806,65 εκτάρια, παρουσιάζοντας αρνητική μεταβολή (72,17%). Η μεταβολή στην καλλιέργεια οπωρώνων ήρθε πολύ γρήγορα στα 21 χρόνια (1996-2017). Το αποτέλεσμα αυτό δείχνει ότι οι περισσότεροι αγρότες έχουν υιοθετήσει παραδοσιακές και εποχιακές πρακτικές πλαισίωσης όπως το σιτάρι, το ρύζι, το ζαχαροκάλαμο κ.λπ. και το υπόλοιπο έχει μετατραπεί σε αστικές και βιομηχανικές περιοχές. Η μέγιστη ραγδαία μεταβολή στη φυτική γη, δηλαδή η μείωση κατά 60%, παρατηρήθηκε μεταξύ 1996-2003 σε σύγκριση με τα έτη 2003-2010 και 2010-2017. Από τα στοιχεία προκύπτει ότι η συνολική έκταση της χερσαίας βλάστησης μειώθηκε σε 12856,41 εκτάρια (58,43%) τα τελευταία 21 χρόνια. Η γεωργική γη αυξάνεται με ρυθμό μεταβολής 373% (1996-2003), δηλ. 2610,36 εκτάρια, 252% (2003-2010), δηλ. 1763,73 εκτάρια, 410% (2010-2017), δηλ. 2869,20 εκτάρια και 1035% (2003-2017), δηλ. 10088,82 εκτάρια, παρουσιάζοντας θετική μεταβολή. Ορισμένες στατιστικές μελέτες και εκθέσεις που δημοσιεύθηκαν από το Εθνικό Κέντρο Πληροφορικής, Haridwar, έδειξαν ότι η γεωργική έκταση/εκτάσεις αυξήθηκε κατά την περίοδο 2009-2017 [29]. Θετικές αλλαγές σημειώθηκαν στην αστική γη, τη γεωργική γη, τη λεκάνη απορροής και τα λιβάδια κατά τη διάρκεια όλων των ερευνών. περιόδους. Αρνητικές μεταβολές σημειώθηκαν στους οπωρώνες, τη βλάστηση και το υδάτινο σώμα κατά τη διάρκεια των ετών 1996 έως 2017. Αλλαγή ανίχνευσης για τις υπόλοιπες κατηγορίες (λιβάδια, αστικές εκτάσεις, υδάτινα σώματα και λεκάνες απορροής) συνοψίζονται καλά στον πίνακα της Εικόνας 4.

'''Συμπεράσματα'''

Στην παρούσα μελέτη, τα αποτελέσματα διερευνούν τις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης με τη χρήση δεδομένων εικόνων Landsat για την παραγωγή ακριβών τάσεων των αλλαγών Χ/Κ γης της περιοχής μελέτης. Το αποτέλεσμα της αξιολόγησης της αλλαγής Χ/Κ γης δείχνει υποβάθμιση στα οπωρώνες που πλαισιώνουν και στη βλάστηση των φυτών κατά τη διάρκεια 21 ετών λόγω ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Η καλλιέργεια οπωρώνων είναι πολύ σημαντική από οικονομική και περιβαλλοντική άποψη. Οι οπωρώνες δίνουν τους καρπούς και παράγουν επίσης απαραίτητο οξυγόνο για την παρουσία της φύσης και των ανθρώπων. Λόγω της αυξανόμενης ζήτησης των γεωργικών προϊόντων και της επέκτασης των υποδομών, η γεωργική καλλιέργεια και η αστικοποίηση έχει καταλάβει τη γη των οπωρώνων και της βλάστησης, η συνολική έκταση της γης των οπωρώνων έχει μειωθεί πολύ γρήγορα 11806,65 εκτάρια (9,82%). Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης είναι χρήσιμα για την παρακολούθηση της Χ/Κ γης, τη λήψη αποφάσεων, τον αστικό σχεδιασμό και άλλους τομείς της έρευνας και ανάπτυξης στην περιοχή Haridwar






[[category:Αστικός και περιφερειακός σχεδιασμός]]