Αξιολόγηση της Θεματικής Πληροφορίας των Διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την Εκτίμηση Παραμέτρων των Δασικών Συστάδων στη Κασσάνδρα Χαλκιδικής

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 19:50, 6 Φεβρουαρίου 2011

Συγγραφείς: Γιώργος Μαλλίνης, Νίκος Κούτσιας, Απόστολος Μάκρας ,Μιχάλης Καρτέρης

Αντικείμενο εφαρμογής

Συμβολή της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στη Δασοπονία.

Στόχος της εφαρμογής

Παρουσιάζεται η συμβολή της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στον έλεγχο και προστασία των δασικών οικοσυστημάτων. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των μέσης-υψηλής ευκρίνειας δορυφορικών δεδομένων του Θεματικού Χαρτογράφου LANDSAT-5 για τον υπολογισμό της πυκνότητας, της κυκλικής επιφάνειας, του ξυλώδες όγκου και της δασικής βιομάζας, ενός δασικού οικοσυστήματος υψηλού βαθμού ετερογένειας στη Χερσόνησο της Κασσάνδρας στη Χαλκιδική.

Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων, δεκτών και καναλιών

1. Δορυφορικά δεδομένα του Landsat-5 Thematic Mapper με ημερομηνία λήψης το Σεπτέμβριο του έτους 1999. (Εικόνα 1)

2. Δορυφορική εικόνα IΚΟΝΟS με ημερομηνία λήψης τον Ιούνιο του 2000.

                   Σχήμα 1. Δορυφορικές εικόνες της περιοχή μελέτης και κατανομή των δειγματοληπτικών επιφανειών

Χρησιμότητα των δεκτών/καναλιών

Η δορυφορική εικόνα IKONOS χρησιμοποιήθηκε για τη γεωμετρική προσαρμογή της δορυφορικής εικόνας του LANDSAT αλλά και για φωτοερμηνευτικούς σκοπούς.

Μετρήσεις πεδίου

Χρησιμοποιήθηκαν 34 δειγματοληπτικές τετράγωνες επιφάνειες 30 επί 30m για τη μέτρηση των πρωτογενών δασικών παραμέτρων βάσει των οποίων εκτιμήθηκαν και οι υπόλοιπες. (Πίνακας 1)

                 Πίνακας 1. Δασικές παράμετροι που μετρήθηκαν και εκτιμήθηκαν στις δειγματοληπτικές επιφάνειες

Μεθοδολογία

1. Προεργασίες

Η δορυφορική εικόνα του LANDSAT διορθώθηκε:

• Ραδιομετρικά

• Γεωμετρικά

Ακολούθησε τοπογραφική ομαλοποίηση με δύο μεθόδους:

• Με διόρθωση ημιτόνου (τριγωνομετρική προσέγγιση)

• C-διόρθωση (ημι-εμπειρική μέθοδος)

Για τη διαδικασία αυτή επιλέχθηκαν 198 σημεία σε περιοχές με Χαλέπιο Πεύκη οι οποίες παρουσίαζαν τοπογραφική μεταβλητότητα και για τα οποία μετρήθηκαν οι ψηφιακές τιμές σε κάθε δίαυλο και οι τιμές φωτεινότητάς τους.

2. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι

• Η ομαλοποιημένη εικόνα αξιολογήθηκε οπτικά και στατιστικά.

• Πραγματοποιήθηκε επιβλεπόμενη ταξινόμηση στην αρχική και ομαλοποιημένη εικόνα (μέσω δύο αλγορίθμων: της μεγίστης πιθανοφάνειας και των συντελεστών γραμμικής διακριτικής συνάρτησης του Fisher)

• Eφαρμόστηκαν πολυφασματικοί μετασχηματισμοί (συνιστώσα Greeness του μετασχηματισμού Tasseled Cap)

• Eφαρμόστηκαν δείκτες βλάστησης (PVI, TSAVI, NDVI, RVI)

• Δοκιμάστηκαν διάφοροι συνδυασμοί των αρχικών καναλιών της τοπογραφικά ομαλοποιημένης εικόνας και των πολυφασματικών μετασχηματισμών των αρχικών διαύλων.

Επιλέχθηκε η ανάλυση της παλινδρόμησης για την εκτίμηση δασικών παραμέτρων.

3. Χρήση επιπρόσθετων χαρτών και αναγκαιότητας τους

Χρησιμοποιήθηκαν τοπογραφικοί χάρτες της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ), κλίμακας 1:5.000, στους οποίους ψηφιοποιήθηκαν οι χωροσταθμικές καμπύλες ισοδιάστασης 20m. Η διαδικασία αυτή ήταν αναγκαία προκειμένου να δημιουργηθεί το ψηφιακό μοντέλο εδάφους.

Σημαντικά αποτελέσματα

1. Τοπογραφική ομαλοποίηση

Δημιουργήθηκαν γραμμικά μοντέλα παλινδρόμησης (Πίνακας 2).

Πίνακας 2. Συντελεστές συσχέτισης μεταξύ των ψηφιακών τιμών και της φωτεινότητας πριν και μετά την τοπογραφική διόρθωση καθώς και οι υπολογισθείσες τιμές του παράγοντα c.

Μετά από οπτική αξιολόγηση της τοπογραφικής ομαλοποίησης διαπιστώθηκε πως:

-η εφαρμογή διόρθωσης του συνημίτονου προκάλεσε έντονη φασματική διαφοροποίηση των δεδομένων σε κορυφογραμμές και ανεπαρκή διόρθωση σε έντονα σκιασμένες περιοχές.

-αποτελεσματικότερη τοπογραφική ομαλοποίηση της εικόνας επετεύχθη με την ημι-εμπειρική μέθοδο. (Πίνακας 3)

Πίνακας 3. Επίδραση της τοπογραφικής ομαλοποίησης στις τιμές της εικόνας με την εμπειρική (γκρι κελιά) και τη μέθοδο του συνημίτονου (λευκά κελιά)

2. Πολυφασματικοί μετασχηματισμοί

Επιλέχθηκαν περιοχές γυμνού εδάφους για τις οποίες εκτιμήθηκε η καλύτερη δυνατή γραμμή προσαρμογής. (Σχήμα 2)

                          Σχήμα 2. Υπολογισμός της γραμμής εδάφους, χρησιμοποιώντας περιοχές με γυμνό έδαφος

3. Ταξινόμηση εικόνας

Η τοπογραφική ομαλοποίηση του Fisher βελτίωσε την ακρίβεια της ταξινόμησης. Τα συνοπτικά αποτελέσματα της ακρίβειας φαίνονται στον πίνακα 4.

Πίνακας 4. Μήτρα σημαντικότητας για την αρχική και την τοπογραφικά ομαλοποιημένη εικόνα με τη χρήση του αλγόριθμου της μέγιστης πιθανοφάνειας και των συντελεστών του Fisher

4. Εκτίμηση δασικών παραμέτρων

• Για την πολλαπλή παλινδρόμηση τα καλύτερα αποτελέσματα αφορούν την κυκλική επιφάνεια. Για όλες τις εξαρτημένες μεταβλητές τα καλύτερα αποτελέσματα, περιελάμβαναν τους φασματικούς διαύλους TM2 και TM3. (Πίνακας 5)

                                   Πίνακας 5. Αποτελέσματα πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης

• Για την απλή παλινδρόμηση ο δίαυλος που ήταν συσχετισμένος καλύτερα από όλους τους υπόλοιπους ήταν ο ΤΜ4. (Πίνακας 6)

                                        Πίνακας 6. Αποτελέσματα απλής γραμμικής παλινδρόμησης

5. Συμπεράσματα

• Η τοπογραφική ομαλοποίηση ήταν επιτυχημένη και αναγκαία.

• Οι συντελεστές διακριτικής συνάρτησης του Fisher βελτίωσε την ακρίβεια της ταξινόμησης.

• Ένα μεγάλο ποσό της διακύμανσης των εξαρτημένων μεταβλητών έμεινε ανεξήγητο από τα μοντέλα της παλινδρόμησης.

• Το γεγονός ότι παρόμοιες ερευνητικές εργασίες που έχουν πραγματοποιηθεί σε ομοιόμορφα βόρεια δάση είχαν μεγαλύτερους συντελεστές συσχέτισης επιβεβαιώνει την επίδραση της μέτριας χωρικής διακριτότητας σε συνδυασμό με την αυξανόμενη ετερογένεια.

Σχήμα 3. Εύρος των ψηφιακών τιμών των εικονοστοιχείων, τα οποία αντιστοιχούν σε περιοχές καλυπτόμενες από χαλέπιο πεύκη. Διακρίνονται οι μέγιστες και οι ελάχιστες τιμές, καθώς και οι μέσες τιμές