Χρήση Τεχνικών Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Μελέτη της Βιώσιμης Ανάπτυξης της Νήσου Σκιάθος

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 14:11, 14 Απριλίου 2010

Ρετάλης Αδ. Χρήση Τεχνικών Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Μελέτη της Βιώσιμης Ανάπτυξης της Νήσου Σκιάθος . Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, Ινστιτούτο Διαστημικών Εφαρμογών & Τηλεπισκόπησης

Στόχος της Εργασίας

Στην εργασία αυτή εξετάζεται η δυνατότητα της χρήσης τεχνικών της δορυφορικής τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τη χρήση τεχνικών Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ) για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενός σχεδίου βιώσιμης ανάπτυξης της νήσου Σκιάθος. Παρουσιάζεται το προτεινόμενο σύστημα και επισημαίνονται οι σημαντικές αλλαγές στις χρήσεις γης για την περίοδο 1988-2000, μέσω της επεξεργασίας τριών δορυφορικών εικόνων Landsat.

Ο Ρόλος της Τηλεπισκόπησης και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών

Το έδαφος αλλάζει λόγω φυσικών και ανθρωπογενών δραστηριοτήτων. Η ενημέρωση της χαρτογράφησης σε χρήση/κάλυψη γης απαιτείται σε τακτά χρονικά διαστήματα. Οποιεσδήποτε αλλαγές στο τοπίο έχουν σημαντικές επιπτώσεις στη βιώσιμη ανάπτυξη της χρήσης γης σε μία περιοχή.

Ένα χωρικό σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών είναι ένα ισχυρό εργαλείο με το οποίο είναι εύκολη η απόκτηση σε μικρό χρονικό διάστημα των χωρικών δυναμικών αλλαγών στην κάλυψη γης για την περιφερειακή διαχείριση της βιώσιμης ανάπτυξης.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η συχνότητα των συμβάντων πυρκαγιών τα τελευταία 15 χρόνια στη Σκιάθο. Γίνεται προσπάθεια της παρουσίασης των πληροφοριών που απορρέουν από τη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων από δορυφορικά δεδομένα (Landsat). Τα στοιχεία αυτά είναι πολύτιμα για τη μελέτη της ανάλυσης και της αξιολόγησης της σχέσης μεταξύ της αλλαγής κάλυψης εδάφους και της περιφερειακής κοινωνικής και οικονομικής ανάπτυξης.

Παράλληλα στο σύστημα εισάγονται και άλλα δεδομένα όπως ψηφιακό μοντέλο εδάφους, χάρτες κλίσης, οδικό δίκτυο, γεωλογικός χάρτης, εδαφολογικός χάρτης, κτλ. Η χρήση των δεδομένων αυτών σε συνδυασμό με την ανάλυση των δορυφορικών δεδομένων (Landsat/ASTER) και αεροφωτογραφιών θα βελτιώσει την ποιότητα των πληροφοριών που εξάγεται σχετικά με τις αλλαγές κάλυψης εδάφους και τις περιβαλλοντικές αλλαγές σε μια προσπάθεια να πραγματοποιηθεί η περιφερειακή βιώσιμη ανάπτυξη. Επιπλέον, τα δορυφορικά δεδομένα ASTER παρέχουν τη δυνατότητα της ανάλυσης των δασικών πόρων και προσδιορισμού των μακροπρόθεσμων αλλαγών.

                        Σχήμα 1:    Περιοχές υψηλής επικινδυνότητας για πυρκαγιές και ζώνη αύξησης της αστικοποίησης

Εφαρμογές Τεχνικών Τηλεπισκόπησης

Ο προσδιορισμός των αλλαγών χρήσης γης είναι μία από τις σημαντικότερες εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Διάφοροι μέθοδοι έχουν προταθεί από ερευνητές σχετικά με την εκτίμηση των αλλαγών κάλυψης γης (π.χ. Wrbka et al., 1999; Hadjimitsis et al, 2002; Sunar, 1998; Singh, 1989; Chavez and Kwarteng, 1989; Kwarteng and Chavez, 1998; Chavez and MacKinnon, 1994; Mas, 1999; Chen Xiuwan, 2002). Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή της μεθόδου της υπέρθεσης εικόνων και της μεθόδου της μη-επιβλεπόμενης ταξινόμησης στοχεύοντας στην ανίχνευση των καμένων εκτάσεων και των περιοχών στις οποίες παρατηρείται σημαντική αλλαγή στη χρήση/κάλυψη γης κατά τη διάρκεια της περιόδου 1988-2000.

• Υπέρθεση εικόνων

Ο απλούστερος τρόπος για να παραχθεί μια εικόνα αλλαγής είναι με την παραγωγή ενός φωτογραφικού δίχρωμου σύνθετου (ενός φασματικού καναλιού) που παρουσιάζει τις δύο ημερομηνίες σε χωριστές επικαλύψεις χρώματος. Τα χρώματα στην προκύπτουσα εικόνα δείχνουν τις αλλαγές στις τιμές της ανακλαστικότητας μεταξύ των δύο ημερομηνιών. Κατά συνέπεια, τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα που είναι φωτεινά (υψηλή ανακλαστικότητα) κατά την ημερομηνία 1, αλλά σκοτεινά (χαμηλή ανακλαστικότητα) κατά την ημερομηνία 2, θα εμφανιστούν στο χρώμα της πρώτης φωτογραφικής επικάλυψης. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα, που είναι σκοτεινά κατά την ημερομηνία 1 και φωτεινά κατά την ημερομηνία 2, θα εμφανιστούν στο χρώμα της δεύτερης επικάλυψης. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα, που είναι αμετάβλητα μεταξύ των δύο ημερομηνιών, θα είναι εξίσου φωτεινά και στις δύο επικαλύψεις και ως εκ τούτου θα εμφανιστούν ως το άθροισμα των χρωμάτων των δύο επικαλύψεων (Virag and Colwell, 1987).

Για την εικόνα αλλαγής του καναλιού ΤΜ-3 που παρουσιάζεται στο Σχήμα 2, χρησιμοποιήθηκε η εικόνα με ημερομηνία λήψης 1988 στο κόκκινο χρώμα και η εικόνα με ημερομηνία λήψης 1999 στο πράσινο χρώμα. Η επιλογή του καναλιού Landsat TM-3 εικόνα βασίστηκε στο γεγονός ότι παρέχει την καλύτερη οπτική διάκριση μεταξύ αγροτικών και αστικών περιοχών στην περιοχή μελέτης. Όπως μπορεί κανείς να διακρίνει στην εικόνα αλλαγής, τα στοιχεία της εικόνας που ήταν φωτεινότερα κατά την πρώτη ημερομηνία (1988) εμφανίζονται κόκκινα, εκείνα που ήταν φωτεινότερα κατά τη δεύτερη ημερομηνία (1999) εμφανίζονται πράσινα, ενώ εκείνα ίσης φωτεινότητας και κατά τις δύο ημερομηνίες εμφανίζονται σε αποχρώσεις του κίτρινου όπως προκύπτει. Μεγάλες δασικές εκτάσεις κάηκαν το 1999 και 2000, οι οποίες αποτυπώνονται με την συγκεκριμένη τεχνική. Στο Σχήμα 2α απεικονίζονται οι καμένες περιοχές του 1988 με κόκκινο χρώμα, στο Σχήμα 2β οι καμένες περιοχές του 1988 (κόκκινο χρώμα) και 1999 (ανοικτό μπλε χρώμα) και στο Σχήμα 2β απεικονίζεται οι καμένες εκτάσεις του Αυγούστου 2000 (ανοικτό μπλε χρώμα).

                                                  α. 1988-1999 	β. 1988-2000 	γ. 1999-2000 

Σχήμα 2: Αποτελέσματα από την υπέρθεση εικόνων του καναλιού ΤM-3.

• Μη-επιβλεπόμενη ταξινόμηση

Για την εξαγωγή των πιθανών αλλαγών κάλυψης γης διαχρονικά, εφαρμόστηκε η μέθοδος της μη-επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος ISODATA του λογισμικού επεξεργασίας εικόνων ERDAS Imagine 8.5 (ERDAS, 2001). Ο αλγόριθμος αυτός ταξινομεί (κατηγοριοποιεί) αυτόματα τις εικόνες ανάλογα με το βαθμό της ομοιογένειας χαρακτηριστικών χωρικά στοιχείων στις δορυφορικές εικόνες.

Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μεθόδου της μη-επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Οι κατηγορίες χρήσεων γης που προκαθορίστηκαν για την εκτέλεση του αλγορίθμου είναι επτά (7). Με μωβ χρώμα απεικονίζονται οι αστικές περιοχές, με πράσινα χρώματα οι διάφορες δασικές περιοχές, με μπεζ χρώμα οι γυμνές περιοχές (χώμα) και με κίτρινο οι αγροτικές περιοχές. Οι διαφορές που εμφανίζονται στα αποτελέσματα της ταξινόμησης στις τρεις δορυφορικές εικόνες αντιπροσωπεύουν τις αλλαγές στην κάλυψη γης, οι οποίες σχετίζονται με τις δασικές πυρκαϊές.

                           Σχήμα 3:    Αποτελέσματα του αλγορίθμου της μη-επιβλεπόμενης ταξινόμησης.

Σημαντικά αποτελέσματα

Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκε ένα σχέδιο μελέτης της βιώσιμης ανάπτυξης της νήσου Σκιάθος που βασίζεται στη χρήση τεχνικών της δορυφορικής τηλεπισκόπησης και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στον εντοπισμό και την παρακολούθηση των καμένων εκτάσεων, δεδομένου ότι τα τελευταία χρόνια έλαβαν χώρα πολλές πυρκαγιές. Επισημάνθηκε η αστική ανάπτυξη που σε ένα βαθμό σχετίζεται με την αυξημένη τουριστικής δραστηριότητα των τελευταίων ετών και την πληθυσμιακή ανάπτυξη, όπως καταγράφηκε από την τελευταία απογραφή πληθυσμού.

Ένα από τα βασικά στοιχεία της προτεινόμενης έρευνας είναι να ενθαρρυνθεί και να υποστηριχθεί η δημόσια και τοπική συμμετοχή στις διαδικασίες λήψης αποφάσεων για τα διοικητικά ζητήματα της διαχείρισης του εδάφους και των πόρων για τη βιώσιμη ανάπτυξη, όπως έχει αρχίσει να γίνεται σε άλλες χώρες.

Η χρήση της παρατήρησης της Γης ως εργαλείο για την ανάπτυξη μιας γενικής στρατηγικής για την επίτευξη της βιώσιμης ανάπτυξης στην περιοχή της Σκιάθου παρέχει πολύτιμη βοήθεια για τους αρμόδιους για τον περιφερειακό σχεδιασμό.

Τέλος, θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας αφορούν τμήμα ενός προγράμματος το οποίο βρίσκεται ακόμα εν εξελίξει. Η ολοκλήρωση του συστήματος θα πραγματοποιηθεί μετά από την ανάλυση και επεξεργασία νέων δορυφορικών δεδομένων (ASTER, Quickbird), καθώς υπερφασματικών δεδομένων που θα ληφθούν κατά τη διάρκεια του 2004, τα οποία και θα ενσωματωθούν στην συνέχεια στο σύστημα.