ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΟΣΟΝ ΑΦΟΡΑ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΕΞΟΡΥΞΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 23:03, 15 Φεβρουαρίου 2010

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΟΣΟΝ ΑΦΟΡΑ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΕΞΟΡΥΞΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ:Philip A. Townsend, David P. Helmers, Clayton C. Kingdon, Brenden E. McNeil, Kirsten M. de Beurs , Keith N. Eshleman

ΠΗΓΗ: Remote Sensing of Environment 113 (2009) 62–72

Στόχος και αντικείμενο της εφαρμογής

Αντικείμενο της εφαρμογής είναι κάλυψη γης καθώς και αλλαγή χρήσεων γης. Στόχος της συγκεκριμένης μελέτης είναι η ποσοτικοποίηση θεμάτων της LCLUC (land cover/land use change) σε 8 υπό μελέτη υδροκρίτες της κεντρικής περιοχής Appalachian. Γίνονται κατανοητές οι αλλαγές της υδρολογικής απόκρισης συναρτήσει του χρόνου εξαιτίας της συνεχόμενης εξόρυξης και αποκατάστασης των εδαφών. Η διάκριση των ενεργών και αποκατεστημένων ορυχείων πραγματοποιείται με τη βοήθεια ταξινόμησης των εικόνων LANDSAT αλλά και του προγράμματος: Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS).

Είδη δορυφορικών συστημάτων, δεκτών, καναλιών.

Στην παρούσα μελέτη αξιοποιήθηκαν τηλεπισκοπικά δεδομένα από τον δορυφόρο LANDSAT. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν εικόνες των τελευταίων 4 δεκαετιών με σκοπό την χαρτογράφηση των περιοχών που προαναφέρθηκαν οι οποίες είναι οι ακόλουθες :

• Landsat 2 MSS εικόνα (13 Σεπτεμβρίου 1976),
• Landsat 5 TM εικόνα(18 Αυγούστου 1987),
• Landsat ETM+ εικόνα (13 Σεπτεμβρίου 1999)
• Landsat 5 TM εικόνα (2 Μαϊου 2006)

Eικόνα 2:Landscape change in Georges Creek watershed, MD, 1976–2006

Eικόνα 3:2006 land cover classification overlaid on aerial photography from the 2005 National Agriculture Imagery Program (NAIP) near Barton, MD. Pictured are the 3 basic land cover classes (urban, forest, pasture) mapped for 2006 plus the four different mine-land classes (active, reclaimed-grass, reclaimed woodland, and reclaimed forest).

Προεπεξεργασίες

Όλες οι εικόνες διορθώθηκαν έτσι ώστε να χαρακτηρίζονται από συντεταγμένες UTM μέσω του μοντέλου digital elevation (30m) και στοιχείων GeoCover με τιμές RMSE που είναι μικρότερες των 0,4 pixels.

Ψηφιακές και προχωρημένες επεξεργασίες.

Για κάθε μία από τις εικόνες που προαναφέρθηκαν χρησιμοποιήθηκαν πολλοί φασματικοί δείκτες για τους οποίους έγινε η υπόθεση ότι αυξάνουν τη διαχωριστικότητα των περιοχών εξόρυξης και αποκατάστασης. Ανάμεσα σε αυτούς είναι: ο NDVI (κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης), οι δείκτες Tasseled Cap (Brightness and Greenness for MSS and TM/ETM+) και ο Wetness (TM/ETM+).

Όσον αφορά στην βασική μέθοδο ταξινόμησης των εικόνων της μελέτης:

Αρχικά πραγματοποιήθηκε διαχωρισμός τριών βασικών φασματικών τάξεων, οι οποίες ήταν:

• Bare/urban (B): συμπεριλαμβάνει περιοχές εξόρυξης και αστικές περιοχές (ειδικά εκείνες οι τάξεις που έχουν αντανακλαστικές ιδιότητες συνδεδεμένες με γυμνές επιφάνειες, χωρίς βλάστηση)
• Forest (F): συμπεριλαμβάνει δασικές εκτάσεις.
• Grassland/pasture/crops (G): συμπεριλαμβάνει καλλιεργήσιμες εκτάσεις και περιοχές που αποκαθίστανται από την εξόρυξη.

Η ταξινόμηση των χρήσεων γης συμπεριλαμβάνει τα παρακάτω 3 βήματα:

• Εφαρμογή του αλγορίθμου ISODATA.

• Προσδιορισμός των πιθανών περιοχών εξόρυξης και δημιουργία μίας «μάσκας» των περιοχών αυτών.

• Ενσωμάτωση ενός decision tree και class transition trajectories.

Για να αξιολογηθούν οι ακρίβειες ταξινόμησης, χρησιμοποιήθηκε το 2005 NAIP (National Agriculture Imagery Program) καθώς και έγχρωμες ορθοφωτογραφίες.

Χρήση επιπρόσθετων χαρτών, βάσεων δεδομένων, GIS, ειδικές επεξεργασίες.

Τα επίπεδα δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν στο GIS έχουν ως πηγές τα γραφεία ορυχείων του Τμήματος Προστασίας του Περιβάλλοντος των περιοχών της Πενσυλβανίας, της Μέρυλαντ και της δυτικής Βιρτζίνιας. Όσον αφορά στα επίπεδα αντιστοιχούν σε πολύγωνα που είναι μεμονωμένες μεταλλευτικές επιχειρήσεις που πραγματοποιούν εγκεκριμένες εξορύξεις μεταλλευμάτων.

Επίσης χρησιμοποιήθηκαν χάρτες από το NWI (National Wetlands Inventory) και από 2001 NLCD projects. Για να αξιολογηθούν οι χάρτες των ορυχείων που προήλθαν από τις εικόνες μεταξύ 1976 και 1987, χρησιμοποιήθηκαν καλύψεις GIS περιοχών εξόρυξης και αποκατεστημένων περιοχών εντός του υδροκρίτη Georges Creek που χαρτογραφήθηκε από τον Negley (2002) μέσω της χειρωνακτικής ερμηνείας φωτογραφιών των αεροφωτογραφιών από 1962 έως 1982.

Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων.

Υπάρχει μία συνεχόμενη επέκταση της εξόρυξης από το 1950. Ανάμεσα στους 8 υπό μελέτη υδροκρίτες της περιοχής, η περιοχή των ενεργών ορυχείων είναι υψηλότερη το 1976 (1,8% της γης της περιοχής), σχετικά σταθερή το 1987 και 1999, πριν την μείωση κατά 0,5% το 2006. Είναι επίσης αξιοσημείωτο ότι οι αστικές περιοχές αυξήθηκαν από το 1987 στην περιοχή σε μικρότερο βαθμό όμως απ’ ότι ο λόγος ενεργών / αποκατεστημένων ορυχείων.

Η ακρίβεια των ταξινομήσεων είναι ιδιαίτερα υψηλή και σίγουρα υψηλότερη για εκείνες τις περιοχές που έχουν αναφερθεί ευρέως σε διαθέσιμες πηγές δεδομένων όσον αφορά στην κάλυψη γης ή και σε άλλες μελέτες. Στο σύνολο της λοιπόν η προσέγγιση ήταν επιτυχής. Ωστόσο είναι απαραίτητες οι εκτενέστερες εφαρμογές που θα βασίζονται στα τηλεπισκοπικά δεδομένα του δορυφόρου Landsat στις περιοχές εκέινες του πλανήτη όπου η επιφανειακή εξόρυξη και η αποκατάσταση των ορυχείων έχει σοβαρότατες συνέπειες στη λειτουργία του οικοσυστήματος.

Αν και είναι απίθανο ότι μία πλήρως αυτοματοποιημένη προσέγγιση τηλεπισκόπησης θα μπορούσε να προσδιορίσει και να ονομάσει σωστά όλες τις κατηγορίες σχετικές με τη δραστηριότητα ορυχείων, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι μια μακροχρόνια χρονική σειρά δεδομένων Landsat μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ακολουθήσει ακριβώς τις δραστηριότητες των μεταλλείων διαμέσου του χρόνου.