Εκτίμηση των αλλαγών στους χώρους αστικού πρασίνου στην πόλη Μashad με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 22:22, 10 Φεβρουαρίου 2017

Σχήμα 1: Τοποθεσία της Επαρχίας Khorasan Ravani βορειοανατoλικά του Ιράν (αριστερά) και η πόλη της Mashad (δεξιά)

Σχήμα 2: Cumulative producer’s and user’s accuracy curve for NDVI differencing change detection map

Σχήμα 3: Ανίχνευση χώρων πρασίνου, η μείωση των οποίων φαίνεται με κόκκινο χρώμα και η αύξηση με πράσινο

Πίνακας 1: Ορισμός των μετρήσεων τοπίου που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των αλλαγών

Πίνακας 2: Ο έλεγχος ακρίβειας για τον χάρτη τοπίου με την ταξινόμηση της μέγιστης πιθανοφάνειας

Σχήμα 4: Ο χάρτης τοπίου της πόλης Mashad

Σχήμα 5: Από τα δυτικά προς τα ανατολικά διαγράμματα για επιλεγμένες μετρήσεις

Πίνακας 3: Η τιμή κάθε μέτρησης τοπίου για την περιοχή μελέτης

Reza Rafiee a,*, Abdolrassoul Salman Mahiny b, Nematolah Khorasani c

a Department of Fishery, Faculty of Marine Science, Chabahar Maritime University, Chabahar, Iran b Department of Environmental Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran c Department of Environmental Sciences, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

Link: [1]

ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Αστικό πράσινο, Ανίχνευση αλλαγών, Μετρήσεις τοπίου, Μετά-ταξινόμησης σύγκριση, Πόλη της Mashad.

Εισαγωγή

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι ο έλεγχος των αλλαγών των περιοχών πρασίνου στην Πόλη της Mashad και η παρακολούθηση των τάσεων αλλαγής. Η χωρική ανάλυση χρησιμοποιείται για την ανάδειξη της επιρροής του ανθρώπου στις χρήσεις γης και περιέχει απαραίτητες πληροφορίες για την δημιουργία πολιτικών ανάπτυξης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται η διαδικασία της μετα-ταξινομικής σύγκρισης με την παροχή δεδομένων για αστικό πράσινο από τη χρήση του δείκτη NDVI. Επίσης, παρέχονται δεδομένα από μετρήσεις τοπίου, τα οποία σε συνδυασμό με την ταξινόμηση προσδίδουν την συνολική διαχρονική εικόνα της περιοχής μελέτης.

Περιοχή Μελέτης

Η Πόλη της Mashad είναι η πρωτεύουσα της επαρχίας Khorasan Razavi του Ιράν (Σχήμα 1). Λόγω ποικίλων παραγόντων προσελκύει πλήθος ατόμων. Συγκεκριμένα, το 1987 στην περιοχή κατοικούσαν 668.000 άτομα, ενώ τώρα ο πληθυσμός αγγίζει τα 2,4 εκατομμύρια. Για την εξυπηρέτηση του πληθυσμού, η αύξηση της οικοδομικής δραστηριότητας δρα σε βάρος του αστικού πρασίνου. Το πρόβλημα θεωρήθηκε τόσο σημαντικό που η κυβέρνηση υποχρεώθηκε να αντικαταστήσει όλους τους χώρους πρασίνου ως ανάγκη για οικιστική ανάπτυξη. Δεδομένα και Προεπεξεργασία Για την παρούσα μελέτη επιλέγονται μια εικόνα Landsat TM του 1987 και μια IRS LISS-III του 2006 που καλύπτουν εξίσου περιοχή 220 km2 περιλαμβάνοντας την πόλη της Mashad και τα περίχωρα. Η εικόνα IRS εγγράφηκε σε τοπογραφικό χάρτη της πόλης της Mashad για να ανταποκρίνεται σε προβολικό UTM, και ώστε να έχει χωρική ανάλυση 30 μέτρα. Στη συνέχεια η εικόνα Landsat εγγράφεται στην εικόνα IRS με τη χρήση 13 σημείων GPS. Η διόρθωση επιτεύχθηκε μέσω των μεθόδων του πολυωνυμικού μοντέλου και του πλησιέστερου γείτονα. Για την αποφυγή ραδιομετρικών λαθών, πραγματοποιείται ραδιομετρική διόρθωση με τη χρήση της μεθόδου των σκοτεινών και φωτεινών σημείων, ενώ στη συνέχεια, δημιουργείται με ψηφιοποίηση ένα vector για την αποκοπή της περιοχής μελέτης. Οι εικόνες ταξινομούνται με τη μέθοδο της επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε 3 κλάσεις: γυμνό έδαφος, αστικές περιοχές και χώροι πρασίνου. Παράλληλα πραγματοποιείται επιβλεπόμενη ταξινόμηση σε 100 κλάσεις και προκύπτουν δείγματα pixel τα οποία συγκρίνονται με τις περιοχές εκπαίδευσης της επιβλεπόμενης ταξινόμησης ώστε τα pixel να εξομαλυνθούν. Χωρίς την εξομάλυνση το λάθος της ταξινόμησης είναι υψηλότερο. Η τελική ακρίβεια των εικόνων είναι διαθέσιμη στον πίνακα 2.

Μεθοδολογία

• Δείκτης NDVI

Με τη χρήση του δείκτη NDVI για κάθε δεκαετία, προκύπτει ένας χάρτης των περιοχών που έχουν υποστεί αλλαγή. Οι αρνητικές τιμές σημαίνουν μείωση του αστικού πρασίνου ενώ οι θετικές τιμές αύξηση. Για να εντοπιστεί το υψηλό και χαμηλό κατώφλι των τιμών χρησιμοποιήθηκε η καμπύλη ακρίβειας η οποία παρέχει γραφική και ποσοτική παρουσίαση των σχέσεων μεταξύ των επιπέδων κατωφλίων που χρησιμοποιήθηκαν στην μελέτη και των σχημάτων της διαδικασίας ακρίβειας. Τα κατώφλια για την ταξινόμηση των εικόνων με βάση τον δείκτη NDVI ορίζονται ως αύξουσα, φθίνουσα και μη μεταβλητή κατάσταση. Στη συνέχεια συγκρίνονται τα αποτελέσματα και παράγεται ένας χάρτης αλλαγών (Σχήμα 3).

• Μετρήσεις τοπίου

Όπως έχει προσδιοριστεί από τους O’Neill et al. (1988), δεν είναι απαραίτητη η μέτρηση όλων των μετρήσεων τοπίου για την διεξαγωγή συμπερασμάτων. Στην παρούσα μελέτη με σκοπό την αποφυγή του πλεονασμού μετρήθηκαν συγκεκριμένα μεγέθη, κυρίως αυτά που είναι ευαίσθητα στην αλλαγή του τοπίου (βλ. πίνακα 1).

Αποτελέσματα

Με βάση τον δείκτη NDVI προκύπτει το σχήμα 3 ενώ ο έλεγχος ακρίβειας αναλύεται στον πίνακα 3. Όπως παρατηρείται η μείωση των χώρων πρασίνου είναι δραματική και αγγίζει τα 34.37 km2 έναντι των μόλις 3.57 km2 χώρων πρασίνου που αναπτύχθηκαν από το 1987 έως το 2006. Παράλληλα, με την ταξινόμηση των εικόνων δημιουργείται ο χάρτης τοπίου για κάθε έτος (Σχήμα 4) με τον αντίστοιχο πίνακα ελέγχου ακρίβειας (πίνακας 4). Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των διαφόρων δεικτών στις μετρήσεις τοπίου για τα έτη 1987 και 2006 δείχνουν την δραματική μείωση των χώρων πρασίνου στην πόλη της Mashad με τις μετρήσεις στα τεμάχια γης (patches). Σύμφωνα με την συνοπτική παρουσίαση των στοιχείων του τοπίου, η αστικοποίηση επιδρά επιθετικά στην πόλη, δημιουργώντας ισχυρούς αστικούς δεσμούς (βλ. πίνακας 3). Αναλύοντας κλιμακωτά τα αντίστοιχα μεγέθη προκύπτουν ενδιαφέροντα συμπεράσματα αναφορικά με την χωρική κατανομή και τη συσχέτιση των αλλαγών. Για παράδειγμα, εντοπίζεται πως οι περισσότερες αλλαγές εμφανίζονται σε ακτίνα 8 km από το κέντρο της πόλης. Με τη χρήση των παραπάνω στοιχείων οι σχεδιαστές γνωρίζουν τις ποσοτικές και ποιοτικές μεταβολές που πραγματοποιούνται και τους βοηθούν στην λήψη αποφάσεων αναφορικά με τις πολιτικές γης. Οι πληροφορίες αυτές δεν ήταν διαθέσιμες με την χρησιμοποίηση μόνο της μετα-ταξινομικής σύγκρισης.