Απογραφή κτιρίων με δορυφορικές εικόνες υψηλής χωρικής ανάλυσης πολεοδομικών συγκροτημάτων: Η περίπτωση των Τιράνων

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 11:04, 21 Απριλίου 2010

Συγγραφείς: Αγοραστάκης Μ. (Μεταπτυχιακός Φοιτητής, Μεσογειακό Αγρονομικό Ινστιτούτο Χανίων (Μ.Α.Ι.Χ.)), Περάκης Κ. (Επ. Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας Πολεοδομίας & Περιφερειακής Ανάπτυξης, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας), Κοτζαμάνης Β. (Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας Πολεοδομίας & Περιφερειακής Ανάπτυξης, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας)

Πηγή: Εργαστήριο Δημογραφικών και Κοινωνικών Αναλύσεων (Ε.Δ.Κ.Α.), Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας, Πολεοδομίας και Περιφερειακής Ανάπτυξης (Τ.Μ.Χ.Π.Π.Α.), Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας (Π.Θ.), 8ο Εθνικό συνέδριο Χαρτογραφίας (Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2004), http://www.demography-lab.prd.uth.gr/papers/XEEE_Tirana_2006.pdf

1. Εισαγωγή

Οι πρόσφατες πολιτικές και κοινωνικό-οικονομικές αλλαγές στην γειτονική Αλβανία, συνοδεύτηκαν από μια έντονη γεωγραφική κινητικότητα (εσωτερική και εξωτερική μετανάστευση). Η μορφή της πρωτεύουσας (Τίρανα) άλλαξε σημαντικά την τελευταία δεκαπενταετία (αύξηση του πληθυσμού, επέκταση του οικιστικού ιστού) και η τελευταία απογραφή πληθυσμού–κτιρίων (2001), αποτύπωσε ως ένα βαθμό τις αλλαγές αυτές, αλλαγές τόσο στα χαρακτηριστικά του πληθυσμού της πόλης, όσο και στα χαρακτηριστικά των κτιρίων της. Στην εργασία, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της συσχέτισης ορισμένων από τα κτιριολογικά απογραφικά χαρακτηριστικά του πολεοδομικού συγκροτήματος των Τιράνων (τύπος κλινοσκεπής και ηλικία κτιρίων) με τύπους κάλυψης επιφάνειας που προέκυψαν από επεξεργασία δορυφορικής εικόνας υψηλής ανάλυσης (IKONOS). Η χρησιμοποίηση των δορυφορικών εικόνων για την ανάλυση του δομημένου χώρου στα αστικά συγκροτήματα, με την βοήθεια των ΓΣΠ και την παράλληλη χρησιμοποίηση των απογραφικών δεδομένων, έχουν δώσει ικανοποιητικά συμπεράσματα, επιτρέποντας την εκτίμηση π.χ. των πληθυσμιακών χωρικών κατανομών και της πυκνότητας, ως και της ποιότητα ζωής στα αστικά κέντρα. Το κοινό σημείο αναφοράς τόσο των δορυφορικών εικόνων, όσο και των απογραφών, είναι οι καλύψεις γης, που χρησιμοποιούνται και ως συνδετικός κρίκος με τα ΓΣΠ για την ανάλυση και την εξαγωγή συμπερασμάτων.

Εικόνα 1: Ποσοστό κτιρίων κατασκευασμένα μετά το 1990, ανά απογραφικό τομέα.

2. Μεθοδολογία

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία ήταν:

• Καταγραφές και Μετρήσεις από επιτόπιες δειγματοληψίες.
• Δεδομένα της απογραφής Πληθυσμού-Κτιρίων (Απρίλιος 2001, Στατιστική Υπηρεσία της Αλβανίας/INSTAT).
• Παγχρωματική και Πολυφασματική εικόνα του δορυφόρου IKONOS, με λήψη Ιουνίου 2001.

Η χρονική υστέρηση των δύο μηνών, ανάμεσα στην απογραφή και την λήψη της δορυφορικής εικόνας, δεν επηρέασε την συγκεκριμένη ανάλυση, λόγω των σχετικά μικρών αλλαγών των φυσικών χαρακτηριστικών του ευρύτερου αστικού χώρου των Τιράνων στο δίμηνο Απρίλιος–Ιούνιος 2001. Ταυτόχρονα, για την ανάλυση και παρουσίαση των δεδομένων, χορηγήθηκε διανυσματικό ψηφιακό χαρτογραφικό υπόβαθρο από την INSTAT, σε μορφή συμβατή με Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών, που περιέχει τους απογραφικούς τομείς.

Με το ερωτηματολόγιο της απογραφής που αναφέρεται στον πληθυσμό των κτιρίων, συλλέχθηκαν στοιχεία τόσο για τον τύπο τους όσο και για τα χαρακτηριστικά τους (τύπος οροφής, τύπος υλικού, περίοδος κατασκευής και αριθμός ορόφων). Κατά τη διάρκεια της εργασίας πραγματοποιήθηκε η επεξεργασία των απογραφικών δεδομένων που αναφέρονται αφενός μεν στον τύπο της κλινοσκεπής, αφετέρου δε στην περίοδο κατασκευής των κτιρίων. Με βάση την επεξεργασία που πραγματοποιήθηκε (πίνακες 3,4,5), προέκυψε ισχυρή συσχέτιση ανάμεσα στα κτίρια με επίπεδη οροφή και σε αυτά που κατασκευάσθηκαν προ του 1960 και μετά του 1990.

Συνδέοντας τις μεταβλητές που προέκυψαν από την ανάλυση της δορυφορικής εικόνας με αυτές που προέκυψαν από την επεξεργασία των δεδομένων της απογραφής, ορίστηκε μια πρώτη τυπολογία καλύψεων γης (πίνακας 1). Όπως φαίνεται και από τον παρατιθέμενο πίνακα, η μετά την χρωματική σύνθεση (true color composite) εικόνα επέτρεψε τον διαχωρισμό των κτιρίων σε δύο επιπλέον κατηγορίες: κτίρια με λευκές και κτίρια με μαύρες οροφές. Παράλληλα οι μη-επίπεδες οροφές διαχωρίστηκαν με την ίδια μέθοδο, ανάλογα με την φυσική τους απόχρωση σε οροφές με σκουρόχρωμο, ανοικτόχρωμο, κόκκινο κεραμίδι και οροφές με μεταλλική επικάλυψη. Ο διαχωρισμός αυτός χρησιμοποιήθηκε, όπως φαίνεται και από τον πίνακα, για τη δημιουργία μίας πρώτης τυπολογίας καλύψεων γης. Η τυπολογία αυτή προέκυψε επομένως από το συνδυασμό μεταβλητών που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας την χρωματική σύνθεση σε φυσικές αποχρώσεις, με απογραφικές μεταβλητές (τύπος οροφής και χρονολογία κατασκευής).

Πίνακας 1: Τυπολογία καλύψεων γης.

Τα πλεονεκτήματα που προσέφεραν οι επιτόπιες δειγματοληψίες στον προσδιορισμό της τυπολογίας και της ανάλυσης - ταξινόμησης των καλύψεων γης στη πόλη των Τιράνων αφενός, και η πρόσβαση στα αρχεία της INSTAT αφετέρου, οδήγησαν στην εφαρμογή επιβλεπόμενων μεθόδων ταξινόμησης στη διαθέσιμη δορυφορική εικόνα.

Οι κλασσικές επιβλεπόμενες μέθοδοι ταξινόμησης απαιτούν για την εφαρμογή τους, την δημιουργία φασματικών υπογραφών για κάθε κάλυψη γης. Η δημιουργία δε, των φασματικών υπογραφών προϋποθέτει την οριοθέτηση δειγματοληπτικών περιοχών τόσο αντιπροσωπευτικών όσο και ομογενών, που να εμπεριέχονται σε κάθε κάλυψη γης.

Η επιλογή των δειγματοληπτικών περιοχών, στη συγκεκριμένη έρευνα, λόγω της πρόσβασης και χωρικής γνώσης της περιοχής, πραγματοποιήθηκε με στρωματοποιημένη μέθοδο δειγματοληψίας σε δύο επίπεδα. Η περιοχή μελέτης διαχωρίστηκε σε στρώματα τα οποία ουσιαστικά συνέπιπταν με τις καλύψεις γης, οι οποίες με τη σειρά τους ορίστηκαν σε τρεις διοικητικές ενότητες (mini-municipalities) και περιείχαν 270 συνολικά απογραφικούς τομείς. Πιο συγκεκριμένα, επιλέχθηκαν δειγματοληπτικές περιοχές από κάθε κάλυψη γης, με τυχαία δειγματοληψία στο εσωτερικό κάθε διοικητικής ενότητας. Κάθε δειγματοληπτική περιοχή, περιείχε ένα τυχαίο αριθμό απογραφικών τομέων.

Από τρεις πλέον χρησιμοποιούμενες μεθόδους επιβλεπόμενης ταξινόμησης, εφαρμόστηκε μόνον αυτή της μέγιστης πιθανοφάνειας (maximum likelihood), γιατί έδωσε την δυνατότητα εισαγωγής πιθανοτικών βαρών που αντιστοιχούν σε κάθε κάλυψη γης, έτσι ώστε μετά από αρκετές επαναλήψεις της μεθόδου να επιλεγεί η πλέον αξιόπιστη ταξινομημένη εικόνα (εικόνα 2).

Εικόνα 2: Τελική ταξινομημένη εικόνα.

Η υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα της διαθέσιμης εικόνας, η δειγματοληπτική εργασία, η βοηθητική συμβολή από εξωγενείς πληροφορίες (όπως συγκεντρωτικά αποτελέσματα της ΙNSTAT ανά απογραφικό τομέα), οδήγησαν στην ικανοποιητικά αξιόπιστη επιλογή των δειγματοληπτικών περιοχών. Αυτό αποδεικνύεται και από τον πίνακα σφαλμάτων (error matrix) της ταξινόμησης (πίνακας 2), ο οποίος δημιουργήθηκε από το χρησιμοποιηθέν λογισμικό με μονάδα λήψης το εικονοστοιχείο (και συγκεκριμένα την επιλογή 1024 τυχαίων εικονοστοιχείων). Η συνολική ακρίβεια της ταξινόμησης (overall accuracy) σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα είναι 87%, ενώ ο δείκτης συμφωνίας Κάππα (Kappa Index of agreement), οι τιμές του οποίου κυμαίνονται από 0 έως 1, λαμβάνει στη συγκεκριμένη περίπτωση την ικανοποιητική τιμή 0,84.

Πίνακας 2: Πίνακας Σφαλμάτων (error matrix).

Διαρροές παρατηρούνται μεταξύ των καλύψεων 2 και 12 (Χωματόδρομοι και Αδόμητη γη αντίστοιχα) όπως επίσης και ανάμεσα στις παραπάνω καλύψεις προς και από τους τύπους 7,8,9,10,11 (πίνακας 1). Το μεγαλύτερο μέρος των διαρροών αυτών οφείλεται στην παρουσία διάσπαρτης βλάστησης αλλά και στα αυξημένα επίπεδα υγρασίας. Παράλληλα, στο εσωτερικό του αστικού ιστού τα αδόμητα τεμάχια, περιλαμβάνουν χώμα το οποίο αν και διαχωρίζεται, μερικώς, σε επίπεδο φασματικών τιμών, προφανώς εντοπίζεται και στο εσωτερικό των χωματόδρομων. Η αναγνώριση των συγκεκριμένων διαρροών, επαληθεύτηκε μετά την εφαρμογή του μετασχηματισμού Tasseled Cap, με την χρησιμοποίηση των κατάλληλων συντελεστών, τροποποιημένων ειδικά για δορυφορικές εικόνες IKONOS

3. Αποτελέσματα

Για την εξαγωγή των τελικών αποτελεσμάτων, υπολογίσθηκε το ποσοστό των εικονοστοιχείων για τις καλύψεις γης στην ταξινομημένη εικόνα. Η ύπαρξη συσχέτισης, μεταξύ της ηλικίας κτιρίων και των τύπων οροφής ορίστηκε με τον συντελεστή συσχέτισης του K. Pearson (στους πίνακες 3, 4, 5 παρουσιάζονται οι συντελεστές αυτοί). Από την συσχέτιση των τεσσάρων τύπων οροφής (3,4,5 και 6 στον πίνακα 1) με τα κτιριακά απογραφικά δεδομένα (ηλικία κατασκευής και τύπος οροφής), οι τρεις έδωσαν πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα: οι τιμές για τους συντελεστές K. Pearson είναι 0,908, 0,858 και 0,805 αντίστοιχα. Αντιθέτως ο τύπος ανοικτόχρωμο κεραμίδι (τύπος 6) δεν έδωσε σαφείς ενδείξεις θετικής ή αρνητικής συσχέτισης με την ηλικία των κτιρίων. Στους πίνακες που παρατίθενται αμέσως μετά φαίνονται καθαρά οι ισχυρές θετικές συσχετίσεις ανάμεσα στους τύπους των κτιρίων αναλόγως των χαρακτηριστικών της οροφής τους (τύποι που προέκυψαν από την χρωματική σύνθεση και την ταξινόμηση της δορυφορικής εικόνας) με την ηλικία κατασκευής των κτιρίων, όπως καταγράφηκε στην απογραφή του 2001.

Πίνακας 3: Πίνακας Συσχέτισης, % κτιρίων κατασκευασμένα > 1990 Χ Κτίρια με λευκές οροφές / απογραφικό τομέα.

Πίνακας 4: Πίνακας Συσχέτισης, % κτιρίων κατασκευασμένα < 1960, Κτίρια με μαύρες οροφές / απογραφικό τομέα.

Πίνακας 5: Πίνακας Συσχέτισης, % κτιρίων κατασκευασμένα < 1960, Κτίρια με οροφές από σκούρο κεραμίδι/ απογραφικό τομέα.

4. Συμπεράσματα

Οι δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για τον διαχωρισμό των καλύψεων γης, μετά από ταξινόμηση, στο εσωτερικό των πολεοδομικών συγκροτημάτων. Η μελέτη της πόλης των Τιράνων αποτελεί ένα ενδεικτικό παράδειγμα συνδυασμού απογραφικών δεδομένων με κτιριακά χαρακτηριστικά που προέκυψαν από την ανάλυση δορυφορικής εικόνας. Έτσι, είναι δυνατή η αναγνώριση αλλά και ο χωρικός εντοπισμός του «παλαιού» και του «νέου» σχετικά κτιριακού αποθέματος μέσα από την ταξινομημένη εικόνα, με ταυτόχρονο ποσοτικό προσδιορισμό τύπου οροφής και περιόδου κατασκευής. Η μεθοδολογία που εφαρμόστηκε, μπορεί να οδηγήσει κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις στον προσδιορισμό του συνόλου των κτιριακών χαρακτηριστικών του αστικού χώρου χωρίς την διενέργεια «κλασσικής» απογραφής. Με την παρούσα έρευνα, επιχειρήθηκε μία πρώτη διερεύνηση της δυνατότητας υποκατάστασης των δεδομένων που συλλέγονται με τις κλασσικές απογραφικές μεθόδους από στοιχεία που προκύπτουν από την ανάλυση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας.