Ανίχνευση καταστροφών σε δάση με δορυφορικές τηλεπισκοπικές απεικονίσεις: η περίπτωση του εντόμου Physokermes inopinatus σε δάση στη Σουηδία

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 09:03, 23 Φεβρουαρίου 2018

Εικόνα 1: : Οι ορθοφωτογραφίες Α (έγχρωμη) και Β (έγχρωμη – υπέρυθρη) δείχνουν δάσος ελάτων που έχει υποστεί καταστροφές λόγω της εισβολής του εντόμου Physokermes inopinatus. Οι φωτογραφίες C (έγχρωμη) και D (έγχρωμη – υπέρυθρη) απεικονίζουν υγιές δάσος ελάτων.

Εικόνα 2: : Φασματικές υπογραφές των υγιών και προσβεβλημένων από το έντομο ελάτων.

Τίτλος Πρωτοτύπου: A new invasive insect in Sweden – Physokermes inopinatus: Tracing forest damage with satellite based remote sensing

Πηγή: ScienceDirect[1]

Συγγραφείς: Per-Ola Olsson, Anna Maria Jönsson, Lars Eklundh

Λέξεις κλειδιά: Physokermes inopinatus, Τηλεπισκόπηση, Δασικές ζημιές, SPOT, MODIS

Περίληψη

Τα δάση είναι σημαντικά από πολλές απόψεις. Προσφέρουν προϊόντα όπως ξυλεία, ίνες και καύσιμα. Επίσης, είναι σημαντικά για λόγους αναψυχής όπως και για την ισορροπία του κύκλου του άνθρακα. Κατά συνέπεια, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν μέθοδοι που να επιτρέπουν τον αποτελεσματικό έλεγχο διαφόρων απειλών όπως για παράδειγμα τις επιδρομές εντόμων σε αχανείς δασικές εκτάσεις. Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να στηριχθούν στην τηλεπισκόπηση. Οι δορυφόροι παρέχουν απεικονίσεις με μεγάλη χωρική κάλυψη. Οι επιδρομές εντόμων μπορούν να ανιχνευθούν στα ψηφιακά δεδομένα των δορυφόρων αν το αποτέλεσμα της απώλειας ή του αποχρωματισμού των φύλλων των δέντρων είναι αρκετά σοβαρό. Επιπλέον, τα δορυφορικά δεδομένα διευκολύνουν την κατανόηση των μοντέλων μετανάστευσης των χωροκατακτητικών εντόμων λόγω του ότι παρέχουν χρονοσειρές δεδομένων που επιτρέπουν την ανίχνευση παλαιότερων επιδρομών.

Στην συγκεκριμένη εργασία, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα των δεκτών SPOT και MODIS ώστε να χαρτογραφηθεί η καταστροφή που προκλήθηκε στο Νορβηγικό έλατο (Picea abies) από το έντομο Physokermes inopinatus το έτος 2010 στην επαρχία Σκάνια (Scania) της Σουηδίας. Η καταστροφή σημειώθηκε σε 1000ha δάσους. Η παρούσα εργασία απέδειξε ότι η επιδρομή του εντόμου μπορεί να ανιχνευθεί με δορυφορικά δεδομένα με υψηλή ακρίβεια.

Μεθοδολογία

1)Απόκτηση δεδομένων.

• Οι απεικονίσεις από τον δορυφόρο SPOT λήφθηκαν από την Κτηματική Υπηρεσία της Σουηδίας. Χρησιμοποιήθηκαν οι απεικονίσεις της χρονικής περιόδου 2008 – 2010 με δεδομένα αναφοράς την απεικόνιση 2008.

• Από την ιστοσελίδα MODIS αποκτήθηκαν σύνθετα 16 ημερών του δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) και του δείκτη βλάστησης EVI (Enhanced Vegetation Index) με ανάλυση 250 μέτρα. Επίσης, αποκτήθηκαν σύνθετα 16 ημερών μεμονωμένων φασματικών καναλιών με ανάλυση 500 μέτρα.

• Χρησιμοποιήθηκαν έγχρωμες και έγχρωμες – υπέρυθρες ορθοφωτογραφίες υψηλής ανάλυσης, μεγέθους εικονοστοιχείων 25 εκατοστά, κατά το χρονικό διάστημα 2 – 6 Ιουνίου 2010.

• Συγκεντρώθηκαν στοιχεία πεδίου καταγραφής των καταστροφών που προκλήθηκαν. Η συλλογή των στοιχείων έγινε από την Σουηδική Δασική Υπηρεσία και από ιδιοκτήτες ή διαχειριστές δασών.

• Από την Κτηματική Υπηρεσία της Σουηδίας αποκτήθηκαν δεδομένα κάλυψης γης με ανάλυση 25 μέτρα. Τα δεδομένα αυτά προέκυψαν από ταξινόμηση εικόνων Landsat και αφορούν το έτος 2000.

2) Ανάλυση δεδομένων.

• Οι ορθοφωτογραφίες υψηλής ανάλυσης που είναι αρκετά λεπτομερείς, χρησιμοποιήθηκαν για την χαρτογράφηση των καταστροφών ολόκληρης της υπό μελέτη περιοχής.

• Τα δεδομένα του δέκτη SPOT με χωρική ανάλυση 10 μέτρα χρησιμοποιήθηκαν για την διαπίστωση των καταστροφών κατά τα έτη 2010 και 2009.

• Τα δεδομένα του δέκτη MODIS, με χωρική ανάλυση 250 μέτρα και 500 μέτρα, χρησιμοποιήθηκαν για να αποδειχθεί αν είναι εφικτή η διαπίστωση των καταστροφών του δάσους με μέτριας και χαμηλής ανάλυσης δεδομένα καθώς και για να διαπιστωθεί αν πριν το 2009 είχε συμβεί ξανά επιδρομή του συγκεκριμένου εντόμου.

• Τα δεδομένα πεδίου αναγνωρίστηκαν στις ορθοφωτογραφίες και αφού έγινε ψηφιοποίηση, τα πολύγωνα χρησιμοποιήθηκαν ως περιοχές εκπαίδευσης.

• Από τα δεδομένα του δέκτη SPOT διαπιστώθηκε αν συνέβησαν καταστροφές το έτος 2010. Έγινε γεωαναφορά των εικόνων με την επιλογή του αλγορίθμου μετασχηματισμού Polynomial 2 και με την επιλογή μεθόδου αναδειγματοληψίας αυτή του Πλησιέστερου Γείτονα (nearest neighbour). Στη συνέχεια έγινε ραδιομετρική διόρθωση. Δημιουργήθηκαν οι φασματικές υπογραφές των κατεστραμμένων και υγιών ελάτων.

Στο κόκκινο (red) κανάλι δεν προέκυψε διαφορά μεταξύ υγιών και προσβεβλημένων ελάτων, όμως στο πράσινο (green) κανάλι προέκυψε μια μικρή διαφορά. Έτσι, ως καταλληλότερος δείκτης βλάστησης για την παρούσα εργασία επιλέχθηκε ο GNDVI (Green Noormalized Difference Vegetation Index) όπου το κόκκινο κανάλι του NDVI αντικαταστάθηκε από το πράσινο.

GNDVI = (NIR- green) / (NIR +green)

Με αφαίρεση μεταξύ των απεικονίσεων 2010 και 2008 (έτος αναφοράς) προκύπτουν απεικονίσεις οι οποίες μπορούν να μελετηθούν ως προς τις αλλαγές της βλάστησης. Από τα δεδομένα SPOT με την εφαρμογή της ίδιας διαδικασίας στις απεικονίσεις του έτους 2009 και 2008, διαπιστώθηκε αν συνέβη εισβολή του εντόμου στο δάσος το έτος 2009.

Συμπεράσματα

Η παρούσα εργασία απέδειξε ότι η εισβολή του εντόμου είχε ως αποτέλεσμα να προσβληθούν συνολικά 1000 εκτάρια δάσους ελάτης. Οι καταστροφές που προκλήθηκαν μπορούν να εντοπιστούν, με υψηλή ακρίβεια, με μεσαίας χωρικής ανάλυσης δορυφορικά δεδομένα. Με χωρική ανάλυση 10 μέτρα, είναι εφικτό να γίνει ανίχνευση του 78% των καταστροφών με υπερεκτίμηση στους υπολογισμούς 46%. Η χωρική ανάλυση 250 μέτρων επιτρέπει την διαπίστωση καταστροφών σε μεγαλύτερη περιοχή, ενώ η ανάλυση 500 μέτρων δεν είναι κατάλληλη για τον εντοπισμό των καταστροφών. Επιπλέον, η εργασία έδειξε ότι το έτος που συνέβη για πρώτη φορά εισβολή του εντόμου, ήταν το έτος 2009.

Η εργασία τονίζει τη δυνατότητα της τηλεπισκόπησης να ιχνηλατήσει και να χαρτογραφήσει τις καταστροφές που προκαλούνται από έντομα στη βλάστηση. Ένα λειτουργικό σύστημα παρακολούθησης βασιζόμενο στην τηλεπισκόπηση, θα μπορούσε να είχε διαπιστώσει την εισβολή του εντόμου στο δάσος και τις αλλαγές στη βλάστηση πριν συμβούν οι εκτεταμένες καταστροφές.