Χρήση Τηλεπισκόπησης για αποτύπωση μεταβολών χρήσεων γης και διαχείριση των υδατικών πόρων της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 20:46, 23 Φεβρουαρίου 2010

Περίληψη

Συστήματα τηλεματικής χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές της Γεωλογίας, Υδρολογίας, Μετεωρολογίας, Eκεανογραφίας, και Βιολογίας με πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα, αφού παρέχουν άμεσα και ακριβή επιστημονικά δεδομένα. Συγκεκριμένα, η παρατήρηση της γης με μεθόδους τηλεματικής δίδει την δυνατότητα, εκτός από μετρήσεις γεωλογικών και περιβαλλοντικών παραμέτρων, να αποτυπώνονται οι χωροχρονικές μεταβολές στους φυσικούς πόρους, που οφείλονται σε ανθρωπογενείς παρεμβάσεις αλλά και σε εποχικές διακυμάνσεις. Επιπρόσθετα, είναι συνήθης πρακτική στην σημερινή εποχή, εφαρμογές τηλεπισκόπησης να υποστηρίζουν κλιματολογικές μελέτες, ποσοτικοποίηση αλλαγών στις χρήσεις γης, διαχείριση και εκμετάλλευση υδατικών πόρων. Στη συγκεκριμένη επιστημονική εργασία χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από το δορυφόρο Landsat 5 και αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία που αφορούν στις χρήσεις γης της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας, στην καταγραφή της εδαφικής υγρασίας και των υπολιμναίων εκφορτίσεων νερού (πηγών) καθώς και στην καταγραφή της φυτοκάλυψης της περιοχής. Τα δεδομένα που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για την υδρολογική μοντελοποίηση και την διαχείριση των υδατικών πόρων της περιοχής. Η επεξεργασία των εικόνων πραγματοποιήθηκε σε περιβάλλον GIS και χρησιμοποιήθηκαν ευρέως αποδεκτοί αλγόριθμοι για την αποτύπωση των χρήσεων γης και για την καταγραφή της φυτοκάλυψης όπως ο αλγόριθμος ISODATA (supervised) clustering και ο δείκτης NDVI αντίστοιχα ενώ για την καταγραφή της εδαφικής υγρασίας και για τον εντοπισμό των υπολίμιων εκφορτίσεων υπόγειου νερού χρησιμοποιήθηκε η προσέγγιση της θερμικής χαρτογράφησης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι χρησιμοποιούμενες μεθοδολογίες αποδείχτηκαν λειτουργικές και αξιόπιστες στην συγκεκριμένη περίπτωση ενώ οι θεματικοί χάρτες που παρήχθησαν επιβεβαιώθηκαν με επιτόπιες παρατηρήσεις και προυπάρχοντα σχετικά στοιχεία. Επομένως, η χρήση μεθόδων τηλεπισκόπισης για τους σκοπούς που προαναφέρθηκαν μπορεί να δώσει σημαντικά και ακριβή αποτελέσματα σε σύντομο χρονικό διάστημα και με σχετικά χαμηλό κόστος.

Μεθοδολογία

Για την παραγωγή του χάρτη χρήσεων γης στην προκειμένη περίπτωση χρησιμοποιήθηκε ένας αλγόριθμος αυτόματης ταξινόμησης δορυφορικών δεδομένων προκειμένου να πραγματοποιηθεί το πρώτο στάδιο της κατηγοριοποίησης των χρήσεων γης και έπειτα ακολούθησε το στάδιο της ελεγχόμενης ταξινόμησης και οι διορθώσεις του χάρτη. Ο αλγόριθμος αυτός ονομάζεται ISODATA (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique, Jain 1989) και χρησιμοποιείται ευρέως από την επιστημονική κοινότητα, ενώ έχει δοκιμαστεί σε πλήθος περιοχών και συνθηκών. Τα δεδομένα εισόδου στον αλγόριθμο, εκτός από την δορυφορική εικόνα είναι περιορισμένα και αφορούν τον αριθμό των επαναλήψεων του υπολογιστικού σταδίου και το ποσοστό σύγκλισης των μοναδιαίων περιοχών της εικόνας (pixels) στις ομάδες ταξινόμησης. Ο χάρτης που παράχθηκε από την συγκεκριμένη διαδικασία συγκρίθηκε με παλαιότερους χάρτες χρήσεων γης της περιοχής αλλά και με σχετικά δεδομένα πεδίου και διορθώθηκε κατάλληλα στο πρόγραμμα Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών που χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία της δορυφορικής εικόνας γενικότερα (ArcView. και Image Analysis). Στην συγκεκριμένη εργασία τα δορυφορικά δεδομένα επεξεργάστηκαν κατάλληλα έτσι ώστε να παραχθεί ένας ακριβής χάρτης φυτοκάλυψης που παρέχει λεπτομερή στοιχεία για την βλάστηση της περιοχής. Για αυτό το σκοπό χρησιμοποιήθηκε ο κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης NVDI Για τον εντοπισμό των θέσεων υπολίμνιων πηγών της λίμνης Τριχωνίδας χρησιμοποιήθηκε η εφαρμογή θερμικής χαρτογράφησης η οποία είναι ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική. Συγκεκριμένα, οι δορυφορικές εικόνες Landsat, καταγράφουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία των υλικών σωμάτων σε διάφορες φασματικές περιοχές, χρησιμοποιώντας σχετικούς αισθητήρες που μετρούν την ένταση της ακτινοβολίας σε μια κλίμακα από 0 έως 255 μονάδες (ψηφιακός αριθμός, DN). Η μέτρηση αυτή πρέπει έπειτα να διορθωθεί με κατάλληλους συντελεστές και να μετατραπεί αρχικά σε μονάδες ακτινοβολίας (Watt/m2*sr*μm)

Αποτελέσματα

Δημιουργία χάρτη χρήσεων γης Μετά την εφαρμογή της προαναφερθείσας μεθοδολογίας στην περιοχή μελέτης παράχθηκε ο χάρτης χρήσεων γης της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας (εικόνα 1) και ποσοτικοποιήθηκε η έκταση κάθε κατηγορίας χρήσης γης (Πίνακας 1). Η ονοματολογία των κατηγοριών χρήσεως γης της περιοχής πραγματοποιήθηκε με την συνεισφορά των προϋπαρχόντων σχετικών χαρτών (ορθοφωτοχάρτες Υπ. Γεωργίας, 1:50.000) και επιτόπιων επισκέψεων.

Εικ 1Χάρτης χρήσεων γης της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας,

Δημιουργία χάρτης φυτοκάλυψης

Εικ 2Χάρτης φυτοκάλυψης της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας. Αποτύπωση υπολίμνιων πηγών

Εικ 3Αποτύπωση της θερμικής ακτινοβολίας τμήματος της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας (φασματική περιοχή 6: κόκκινο χρώμα, φασματική περιοχή 4: πράσινο χρώμα και φασματική περιοχή 1: κυανό χρώμα)

Εικ 6Θερμοκρασία νερού στην λίμνη Τριχωνίδα κατά την περίοδο 7/01/2000 έως 5/10/2003 (ημερήσιες τιμές μετρούμενες πλησίον της ακτογραμμής και σε βάθος περίπου 2,5m, οC)

Συμπεράσματα

Ο χάρτης χρήσεων γης της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας υπέδειξε ότι το 35% της συνολικής έκτασης της περιοχής μελέτης καλύπτεται από καλλιέργειες, το 34% από δάση, το 23% από νερό και το 8% από οικισμούς και άγονες εκτάσεις. Τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν με τους αντίστοιχους ορθοφωτοχάρτες του Υπ. Γεωργίας και οι παρατηρούμενες διαφορές ανά κατηγορία χρήσεων γης είναι πολύ μικρές, αφού κυμαίνονται μεταξύ 0,3% έως 6%, οι οποίες δύναται και να οφείλονται σε λάθη κατά την ψηφιοποίηση των ορθοφωτοχαρτών. Παρόλα αυτά, προέκυψε ότι η δημιουργία χάρτη χρήσης γης από δορυφορικά δεδομένα δίνει άμεσα και εύκολα αποτελέσματα, τα οποία παρουσιάζουν σημαντική ακρίβεια και αξιοπιστία αλλά απαιτούν και γνώση του καθεστώτος χρήσης γης της περιοχής μελέτης, προκειμένου να μπορούν να διορθωθούν εφόσον απαιτείται και να επιβεβαιωθούν. Οι συνθήκες εδαφικής υγρασίας στην περιοχή μελέτης και η αποτύπωση των υπολίμνιων πηγών που πραγματοποιήθηκαν μέσω θερμικής χαρτογράφησης της περιοχής αποτέλεσαν σημαντικές πληροφορίες που παρήχθησαν από την συγκεκριμένη εργασία. Προέκυψε, ότι κατά μήκος των τεκτονικών επαφών παρατηρείται αυξημένη θερμοκρασία που μπορεί να οφείλεται σε κίνηση υπογείου νερού κατά μήκος αυτών, ενώ στην λίμνη Τριχωνίδα καταγράφτηκαν τρεις παραλίμνιες περιοχές στο βορειοανατολικό τμήμα της με σημαντικά πιο αυξημένες θερμοκρασίες νερού από την υπόλοιπη επιφάνεια της λίμνης.

Πηγή:Ηλίας Δημητρίου, Χρήση προϊόντων Τηλεπισκόπησης για την αποτύπωση μεταβολών χρήσεων γης και για την διαχείριση των υδατικών πόρων της υδρολογικής λεκάνης της λίμνης Τριχωνίδας