Εντοπισμός μεταβολών σε κοινότητες κοραλλιογενών υφάλων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων Ikonos και ιστορικών αεροφωτογραφιών

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 14:36, 18 Μαΐου 2014

Πηγή: Taylor and Fransis, INT.J REMOTE SENSING, 2003, vol. 24, No 4873-878

Change detection in coral reef communities using Ikonos satellite sensor imagery and historic aerial photographs

Συγγραφείς: D. Palandro, S. Andrefouet, P. Dustan and F. E. Muller-Karger

Λέξεις κλειδιά: Κοραλλιογενείς ύφαλοι, IKONOS, αεροφωτογραφίες

Key words: Coral reefs, IKONOS, aerial photographs

1.Αντικείμενο Εφαρμογής

Αντικείμενο της εφαρμογής είναι ο συνδυασμός πολυφασματικών εικόνων Ikonos διακριτικής ικανότητας 4 μέτρων με ιστορικές αεροφωτογραφίες για τον εντοπισμό μεταβολών (change detection) στις κοινότητες κοραλλιογενών υφάλων.

2.Στόχος εφαρμογής

Η εφαρμογή στοχεύει στην αξιολόγηση της δυνατότητας εντοπισμού αλλαγών σε κοινότητες κοραλλιογενών υφάλων με τη χρήση εικόνων Ikonos σε συνδυασμό με αεροφωτογραφίες, χρησιμοποιώντας ως περιπτωσιολογική μελέτη (case-study) τον ύφαλο Carysfort στη Φλόριντα των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, ο οποίος θεωρείται αντιπροσωπευτικό δείγμα των αλλαγών που συντελούνται στους κοραλλιογενείς υφάλους από το 1980 κι έπειτα.

3.Χωρίς τηλεπισκόπηση

In situ (επιτόπια) συλλογή δεδομένων για την εκτίμηση της κάλυψης από ζωντανά κοράλλια. Η εκτίμηση προέκυπτε βάσει μετρήσεων κατά μήκος εγκαρσίων τομών (πλάτους 25 μέτρων και μήκους 300 μέτρων) και σε τέσσερις περιοχές μόνιμης παρακολούθησης. Η επιτόπου παρακολούθηση παρείχε πληροφόρηση όσον αφορά την κάλυψη από ζωντανά κοράλλια λαμβάνοντας υπόψη μεμονωμένες αποικίες κοραλλιών, σε αντίθεση με τα τηλεπισκοπικά δεδομένα, τα οποία παρέχουν πληροφόρηση για τις ‘κοραλλιοκρατούμενες’ σε επίπεδο κοινότητας περιοχές.

4.Είδη δορυφορικών συστημάτων

Ο Ikonos λαμβάνει πολυφασματικά και πανχρωματικά δεδομένα με διακριτική ικανότητα τεσσάρων και ενός μέτρου αντίστοιχα. Τα πολυφασματικά δεδομένα αποτελούνται από τέσσερα κανάλια, τρία στο ορατό φάσμα (κόκκινο, πράσινο και μπλέ) και ένα στο εγγύς υπέρυθρο. Το εύρος του μήκους κύματος των καναλιών αυτών είναι συγκρίσιμο με αυτό των τεσσάρων πρώτων καναλιών των αισθητήρων του Landsat TM και του ETM+.

5.Είδη δορυφόρων, δεκτών, καναλιών

Για τον εντοπισμό μεταβολών στον ύφαλο Carysfort χρησιμοποιήθηκαν δύο αεροφωτογραφίες, οι οποίες ελήφθησαν στις 5 Φεβρουαρίου 1981 και 17 Ιανουαρίου 1992 και μια εικόνα Ikonos η οποία ελήφθη στις 15 Οκτωβρίου 2000 (Εικόνα 1). Η αεροφωτογραφία του 1981 ελήφθη σε κλίμακα 1:24.000 και του 1992 σε κλίμακα 1:48.000.

Εικόνα 1. Τοποθεσία του υφάλου Carysfort (κόκκινο άστρο) και εικόνα Ikonos με την τοποθεσία των τριών διακριτών περιοχών (Α1, Α2, Α3). Η περιοχή ενδιαφέροντος ορίζεται από την κίτρινη γραμμή.

6.Προεπεξεργασίες

Και οι δύο αεροφωτογραφίες σαρώθηκαν στα 300 dpi και γεωδιορθώθηκαν με βάση την εικόνα Ikonos. Η εικόνα υπέστη και ραδιομετρική διόρθωση και προβλήθηκε σε σύστημα συντεταγμένων UTM Zone 17. Δεν πραγματοποιήθηκαν ατμοσφαιρικές διορθώσεις.

7.Ανάλυση

Καθορίστηκε μια περιοχή ενδιαφέροντος για το πιο ρηχό τμήμα του υφάλου Carysfort, το οποίο βρίσκεται σε βάθος μικρότερο του 1,2 μέτρου. Ο ύφαλος διαθέτει τρεις διακριτές περιοχές, ορατές σε κάθε εικόνα (Α1, Α2, Α3). Οι περιοχές αυτές ορίζονται από τις σκουρότερες περιοχές εντός των πιο ανοιχτόχρωμων τμημάτων. Η νοτιότερη περιοχή (Α3) περιλαμβάνει ένα φάρο, ο οποίος είναι ορατός ως ομάδα μαύρων εικονοστοιχείων στην εικόνα Ikonos.

Πίνακας 1. Στοιχεία των τάξεων που χρησιμοποιήθηκαν για την ταξινόμηση. Ποσοτικοποίηση των στοιχείων και χαρακτηριστικά σε κάθε ταξινόμηση.

Τέσσερις τάξεις τύπων πυθμένα αντιπροσωπεύουν τις κυριότερες βενθικές κοινότητες στον ύφαλο Carysfort και γύρω από αυτόν και είναι οι εξής: άμμος, ‘κοραλλιοκρατούμενος’ πυθμένας, καλυμμένο υπόστρωμα, γυμνό υπόστρωμα. Κάθε εικόνα μελετήθηκε ξεχωριστά για να καθοριστούν εικονοστοιχεία ή περιοχές εκπαίδευσης. Τα εικονοστοιχεία αυτά επελέγησαν σύμφωνα με μεγάλες βάσεις in situ δεδομένων που ήταν διαθέσιμες για τα υπό διερεύνηση έτη. Η ταξινόμηση έγινε με βάση την τεχνική της απόστασης Mahalanobis και με εισόδους τα κανάλια του Ikonos στο μπλε, το πράσινο και το κόκκινο (ορατό φάσμα).

Εικόνα 2. Ταξινόμηση των εικόνων του υφάλου Carysfort με την τεχνική της απόστασης Mahalanobis. Οι χρονολογίες λήψης των εικόνων είναι (α) 1981, (b) 1992 και (c) 2000.

8.Αποτελέσματα

Οι τρεις ταξινομημένες εικόνες καταδεικνύουν μια τάση παρεμφερή με αυτή που προέκυψε από τα επιτόπου δεδομένα, την απώλεια δηλαδή ‘κοραλλιοκρατούμενων’ εικονοστοιχείων σε επίπεδο κοινότητας (τηλεπισκοπικά δεδομένα) και ζωντανών κοραλλιών σε επίπεδο αποικίας (in situ δεδομένα). Η τάξη με τα κοραλλιοκρατούμενα εικονοστοιχεία συρρικνώνεται κατά 88% από το 1988 έως το 2000 (Γράφημα 1). Η συρρίκνωση αυτή είναι συγκρίσιμη με την απώλεια του 92% των ζωντανών κοραλλιών σε διάστημα 18 ετών που προκύπτει από τα δεδομένα συλλεγόμενα επιτόπου (in situ). Συνεπώς, οι εικόνες Ikonos φαίνονται να είναι μια κατάλληλη πηγή πληροφόρησης όταν χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ιστορικές έγχρωμες αεροφωτογραφίες για να καταδείξουν μεταβολές και κατακερματισμό σε μια αρχικά συμπαγή κοινότητα ενός κοραλλιογενούς υφάλου. 

Γράφημα 1. Τάση κάλυψης από ζωντανά κοράλλια σε διάστημα 19 ετών. Ποσοστό ζωντανών κοραλλιών ή 'κοραλλιοκρατούμενων' εικονοστοιχείων σε αεροφωτογραφίες (1981 και 1992) και εικόνα Ikonos (2000) σε σύγκριση με in situ δεδομένα.