Η ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΣΤΡΑΦΟΥΣ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΓΙΑ ΤΗ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΚΑΜΕΝΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ASTER

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 17:56, 4 Μαρτίου 2010

Ο μεγάλος αριθμός των δασικών πυρκαγιών, που εμφανίζονται κάθε χρόνο, γεγονός το οποίο μεταφράζεται σε εκατοντάδες εκτάρια καμένης έκτασης στη Μεσόγειο, αποτελεί τη μεγαλύτερη απειλή για τα φυσικά οικοσυστήματα.

Ο σκοπός της εργασίας αυτής ήταν η ανάπτυξη ενός αντικειμενοστραφούς μοντέλου για τη χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων, στην Πορτογαλία και Ισπανία, με τη χρήση δορυφορικών εικόνων ASTER.

Τα δεδομένα της τηλεπισκόπησης έχουν χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα τα τελευταία χρόνια για την ανίχνευση και χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων (Chuvieco and Congalton 1988; Siljeström and Moreno 1995; Koutsias et al. 2000; Roy and Lewis 2002; Mitri and Gitas 2004), ενώ η διάθεση σήμερα καινούργιων υψηλής χωρικής και φασματικής ευκρίνειας δορυφορικών εικόνων, όπως οι εικόνες ASTER, εκτιμάται ότι θα συμβάλει στην καλύτερη αποτύπωση των καμένων εκτάσεων.

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την εργασία ήταν:

• Μια εικόνα ASTER (L1A), στην οποία έχουν αποτυπωθεί οι καμένες περιοχές στην Πορτογαλία με ημερομηνία λήψης το καλοκαίρι του 2003.

• Μια εικόνα ASTER (L1B), στην οποία έχουν αποτυπωθεί οι καμένες περιοχές στην Ισπανία με ημερομηνία λήψης το καλοκαίρι του 2003.

• Οι χάρτες με τις περιμέτρους των πυρκαγιών, οι οποίοι παράχθηκαν από την Πορτογαλική και την Ισπανική Δασική υπηρεσία, αντίστοιχα.

Ο ASTER καταγράφει τη φασματική πληροφορία σε 14 διαύλους από το ορατό μέχρι το θερμικό υπέρυθρο, με υψηλή χωρική, φασματική και ραδιομετρική ανάλυση: τρεις δίαυλοι στο ορατό-κοντινό υπέρυθρο (VNIR), έξι δίαυλοι στο μέσο υπέρυθρο (SWIR) και τέσσερις δίαυλοι στο θερμικό υπέρυθρο (TIR). Επιπλέον, υπάρχει η δυνατότητα συλλογής στερεοεικόνων και η δημιουργία ψηφιακών μοντέλων εδάφους (DEM).

Η επεξεργασία των δορυφορικών δεδομένων είναι ουσιαστικά η διόρθωση λαθών και η αφαίρεση ελαττωμάτων που τυχόν υπάρχουν στις εικόνες. Η δορυφορική εικόνα ASTER διορθώθηκε ατμοσφαιρικά (Spatially-Adaptive Fast Atmospheric Correction Algorithm.

Σήμερα έχουν αναπτυχθεί προηγμένες μέθοδοι ταξινόμησης δορυφορικών εικόνων, όπως η αντικειμενοστραφής μέθοδος ανάλυσης εικόνων, η οποία έχει εφαρμοστεί με επιτυχία για τη χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων LANDSAT και NOAA-AVHRR (Gitas et al. 2004; Mitri and Gitas 2004). Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους ταξινόμησης δορυφορικών εικόνων, όπου η μονάδα ταξινόμησης είναι το εικονοστοιχείο, στην αντικειμενοστραφή μέθοδο ως μονάδα ταξινόμησης θεωρείται το αντικείμενο (object). Τα πλεονεκτήματα της αντικειμενοστραφούς ανάλυσης είναι, οι σημαντικές στατιστικές αναλύσεις και η ανάλυση της δομής της εικόνας, η δημιουργία ενός σημαντικά ασυσχέτιστου φασματικού χώρου (feature space) με τη χρήση χαρακτηριστικών σχήματος των αντικειμένων (π.χ. μήκος, αριθμός γωνιών των αντικειμένων) και τη χρήση τοπολογικών χαρακτηριστικών (π.χ. η σχέση των αντικειμένων με τα γειτονικά αντικείμενα).

Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε στην εργασία αυτή συμπεριέλαβε την ανάπτυξη δυο αντικειμενοστραφών μοντέλων με τη χρήση μιας δορυφορικής εικόνας ASTER. Το πρώτο μοντέλο που αναπτύχθηκε βασίστηκε στην ατμοσφαιρικά διορθωμένη εικόνα ASTER, ενώ το δεύτερο μοντέλο βασίστηκε στην ίδια μη ατμοσφαιρικά διορθωμένη εικόνα ASTER. Οι ακρίβειες των ταξινομήσεων των καμένων περιοχών που προέκυψαν από τα δυο μοντέλα υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας ως σημεία αναφοράς την περίμετρο που παραχωρήθηκε από τη Δασική Υπηρεσία της Πορτογαλίας και συγκρίθηκαν μεταξύ τους. Οι βασικές διαδικασίες για την ανάπτυξη αντικειμενοστραφούς μοντέλου είναι η κατάτμηση και η ταξινόμηση.

Εκτός από τους εννέα διαύλους της δορυφορικής εικόνας ASTER, χρησιμοποιήθηκε και η πληροφορία από τον δείκτη βλάστησης NDVI για την ανάπτυξη του αντικειμενοστραφούς μοντέλου, με σκοπό τον καλύτερο διαχωρισμό των καμένων από τις μη καμένες περιοχές.

Ο συνδυασμός της αντικειμενοστραφής μεθόδου ταξινόμησης με τα δορυφορικά δεδομένα ASTER έχει σαν αποτέλεσμα, την επιτυχημένη και ακριβή χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων. Συγκεκριμένα, η ανάπτυξη ενός αντικειμενοστραφούς μοντέλου για τη χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση μιας ατμοσφαιρικά διορθωμένης εικόνας ASTER είχε ως αποτέλεσμα την πολύ επιτυχημένη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων (98.38% συνολική ακρίβεια). Η ανάπτυξη ενός αντικειμενοστραφούς μοντέλου για τη χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση μιας μη ατμοσφαιρικά διορθωμένης εικόνας ASTER είχε ως αποτέλεσμα την πολύ επιτυχημένη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων (98.88% συνολική ακρίβεια).

Η σύγκριση και η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της χαρτογράφησης που προέκυψαν από τα δυο μοντέλα που αναπτύχθηκαν, οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το μοντέλο που αναπτύχθηκε με βάση τη μη-ατμοσφαιρικά διορθωμένη εικόνα παρουσίασε μεγαλύτερη συνολική ακρίβεια χαρτογράφησης, καθώς επίσης προέκυψε ότι η διαδικασία της ατμοσφαιρικής διόρθωσης της εικόνας ASTER δεν είναι αναγκαία όταν χρησιμοποιείται η αντικειμενοστραφής μέθοδος ταξινόμησης.