Σύγκριση μοντέλων πρόβλεψης αστικής εξάπλωσης σε μεσαίου μεγέθους ελληνική πόλη

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 15:27, 29 Μαρτίου 2015

Εικόνα 1 Μεταβολές αστικής κάλυψης για τα έτη 1985, 1990, 2000 και 2007

Πίνακας 1 Χρονική μεταβολή του αστικού ιστού

Εικόνα 2 Πρόβλεψη της αστικής μορφής της Καρδίτσας για τα έτη 2012 και 2015 σύμφωνα με το μοντέλο SLEUTH (κλίμακα 1:40.000)

Εικόνα 3 Πρόβλεψη της αστικής μορφής της Καρδίτσας για τα έτη 2018 και 2021 σύμφωνα με το μοντέλο SLEUTH (κλίμακα 1:40.000)

Εικόνα 4 Επιβλεπόμενη ταξινόμηση 1985 και 1992 (κλίμακα 1:40.000)

Εικόνα 5 Επιβλεπόμενη ταξινόμηση 2000 και 2011 (κλίμακα 1:40.000)

Εικόνα 6 Πρόβλεψη της αστικής μορφής της Καρδίτσας για το έτος 2021 σύμφωνα με το μοντέλο CA- Markov (κλίμακα 1:40.000)

Πρωτότυπος Τίτλος: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΠΡΟΒΛΕΨΗΣ ΑΣΤΙΚΗΣ ΕΞΑΠΛΩΣΗΣ ΣΕ ΜΕΣΑΙΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΟΛΗ (ΚΑΡΔΙΤΣΑΣ)

Συγγραφείς: Κουκόσια Ηλιάνα, Σταθάκης Δημήτρης

Εισαγωγή

Στην περίπτωση της Καρδίτσας έγινε παρατήρηση και στην συνέχεια πρόβλεψη της αστικής εξάπλωσης με δύο μοντέλα που βασίζονται στη μέθοδο των Κυψελοειδών Αυτομάτων. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν τα μοντέλα πρόβλεψης αστικής εξάπλωσης SLEUTH και CA-Markov.

Εφαρμογή του μοντέλου SLEUTH

Το μοντέλο SLEUTH περιλαμβάνει 6 βασικά βήματα για την υλοποίηση του: τη μεταγλώττιση (compilation) όπου με χρήση συγκεκριμένων εντολών, γίνεται η μετάφραση του πηγαίου κώδικα (source code) του SLEUTH, την προετοιμασία των χωροχρονικών δεδομένου εισόδου, τη βαθμονόμηση (calibration), κατά την οποία αναγνωρίζονται και προσομοιώνονται τα ιστορικά μοτίβα αστικής ανάπτυξης, την πρόβλεψη (prediction) όπου τα μοτίβα προβάλλονται σε μελλοντικά σημεία, την εξαγωγή και επεξεργασία των αποτελεσμάτων των δεδομένων εξόδου και την εκτίμηση της ακρίβειας του μοντέλου.

Στην συνέχεια το σύνολο των δεδομένων εισάγονται σε περιβάλλον GIS για την περαιτέρω επέξεργασία. Πιο συγκεκριμένα τα στοιχεία ήταν: εικόνες Landsat (αστικό 1985) (gif), σε grayscale, με ίδια όρια, ίδιο προβολικό σύστημα (ΕΓΣΑ 87) και ανάλυση. Τα δεδομένα εισαγωγή είναι οι κλίσεις γης (slope) και το ανάγλυφο (hillshade) της περιοχής μελέτης, οι περιοχές απαγόρευσης της δόμησης (excluded), δύο χρονιές καλύψεων γης (landuse), τέσσερεις χρονιές κάλυψης αστικής γης (urban) και δύο χρονιές μεταφορικών δικτύων (transport). Οι χρήσεις γης που αφορούν το αστικό περιβάλλον προήλθαν από εφαρμογή επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε εικόνα Landsat του 1985 με χωρική ανάλυση 30μ.

Από τις παραπάνω εικόνες φαίνεται ότι δεν υπήρξαν μεγάλη αύξηση της αστικής γης για τις περιόδους αναφοράς, με εξαίρεση ίσως το νοτιοδυτικό τμήμα που αναπτύχθηκε αρκετά. Η διαπίστωση αυτή ισχυροποιείται και από τα δεδομένα του κάτωθι Πίνακα, που δείχνουν επιπλέον ότι η μεγαλύτερη αύξηση των αστικών χρήσεων συντελέστηκε κατά την περίοδο 1985-1990 που συμπίπτει με τις επεκτάσεις του σχεδίου πόλης.

Στην συνέχεια και μέσω μία σειράς υποθέσεων αλλά και μεθοδολογίας (Για παράδειγμα συνυπολογίζεται η θέση των βασικών οδικών αξόνων καθώς και η πορεία ανάπτυξης του αστικού ιστού μέχρι εκείνη την στιγμή καθώς και μία σειρά από άλλα στοιχεία.) έγινε πρόβλεψη για την αστική επέκταση της Καρδίτσας στο διάστημα 2012 έως 2021. Σύμφωνα με το μοντέλο SLEUTH η εξάπλωση των αστικών χρήσεων θα είναι της τάξης του 33% μέχρι το 2021 και θα αφορά κυρίως το νοτιοδυτικό τμήμα της πόλης (έντονη επιρροή της περιφερειακής οδού) και σε μικρότερο βαθμό το ανατολικό τμήμα κατά μήκος του οδικού άξονα.

Εφαρμογή του μοντέλου CA- Markov

Στη μέθοδο αυτή όπως και στην προηγουμένη, σε πρώτη φάση χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες και τεχνικές τηλεπισκόπησης για τον προσδιορισμό της αστικής εξάπλωσης και στην συνέχεια το μοντέλο CA- Markov με στόχο την πρόβλεψη της αστικής διάχυσης στο μέλλον. Πιο συγκεκριμένα λοιπόν, η μεθοδολογία περιλαμβάνει τα εξής βασικά βήματα: την προεπεξεργασία των εικόνων, την ταξινόμηση (ορισμός φασματικών υπογραφών, επιβλεπόμενη ταξινόμηση, φιλτράρισμα, αποτίμηση ακρίβειας) και την εφαρμογή του μοντέλου CA- Markov.

Για την μελέτη της διαχρονικής εξέλιξης του αστικού ιστού χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικά δεδομένα μεσαίας χωρικής διακριτικής ικανότητας του δορυφόρου Landsat (1985, 1992, 2000, 2011) καθώς και αεροφωτογραφίες πολύ υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας (1999, 2000, 2009).

Η ταξινόμηση που χρησιμοποιήθηκε ήταν η επιβλεπόμενη ταξινόμηση με την αντιστοίχηση των pixels σε κατηγορίες να γίνεται βάσει της μεθόδου της μεγίστης πιθανοφάνειας (maximum likelihood). Για την ορθότερη επιλογή των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκαν διάφορα διανυσματικά αρχεία (vector) όπως τα Corine 1990 & 2000, ορθοφωτοχάρτες του 1999 και του 2000 και ορθοφωτοχάρτες του κτηματολογίου για το έτος 2009. Για την βελτίωση του αποτελέσματος των ταξινομήσεων και για να είναι περισσότερο ευδιάκριτες οι χρήσεις μεταξύ τους εφαρμόστηκαν επίσης και κάποια φίλτρα εξομάλυνσης στις ταξινομήσεις.

Από τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων προέκυψε ότι η πόλη έχει εξαπλωθεί λίγο προς τα βόρεια σε αντίθεση με το νοτιοδυτικό και νοτιοανατολικό τμήμα που είναι ευδιάκριτη η μεγαλύτερη αστική διάχυση. Η αστική εξάπλωση επίσης φαίνεται να έλαβε χώρα κυρίως την περίοδο 1985-1992 (της τάξης του 50%), ενώ της περιόδους1992-2000 και 2000-2011 υπάρχει σχετικά σταθερή αστική επέκταση της τάξης του 19% περίπου.

Στην συνέχεια για την πρόβλεψη της αστικής επέκτασης στο μέλλον που ήταν και ο αρχικός στόχος χρησιμοποιήθηκαν οι εικόνες των ετών 2000 και 2001 και μέσω των πιθανοτήτων κατέληξε στην τελική εικόνα της Καρδίτσας το έτος 2021. Βασή του μοντέλου αυτού η πόλη θα επεκταθεί κατά 40% περίπου ομοιόμορφα γύρω από το υπάρχον αστικό περιβάλλον.

Πηγή: http://gisc.gr/sac/docs/proceedings_sac1/9_Koukosia_Stathakis_SAC1.pdf