Παρακολούθηση της αστικής ανάπτυξης και ανίχνευση των μεταβολών στις χρήσεις γης με GIS και τεχνικές τηλεπισκόπησης στην περιοχή Dakahlia
Από RemoteSensing Wiki
(Νέα σελίδα με 'Add Your Content Here category:Ανίχνευση μεταβολών αστικής γης') |
|||
| Γραμμή 1: | Γραμμή 1: | ||
| - | |||
| - | |||
[[category:Ανίχνευση μεταβολών αστικής γης]] | [[category:Ανίχνευση μεταβολών αστικής γης]] | ||
| + | |||
| + | '''Πρωτότυπος Τίτλος: “Monitoring urban growth and land use change detection with GIS and remote sensing techniques in Daqahlia governorate Egypt”''' | ||
| + | |||
| + | '''Συγγραφείς: Ibrahim Rizk Hegazy, Mosbeh Rashed Kaloop''' | ||
| + | |||
| + | Πηγή: [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212609015000060] | ||
| + | |||
| + | ---- | ||
| + | |||
| + | [[Αρχείο:xm_a3_1.jpg|300px|thumb|right|Εικόνα 1: περιοχή μελέτης, Mansoura και Talkha, Dakahlia, Αίγυπτος]] | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | '''Εισαγωγή:''' | ||
| + | |||
| + | Οι ρυθμοί αστικοποίησης στις αναπτυσσόμενες χώρες όπως η Αίγυπτος είναι πολύ γρήγοροι, γεγονός το οποίο οφείλεται κυρίως στην άναρχη εξάπλωση, την αύξηση της μετανάστευσης και τη ραγδαία αύξηση του πληθυσμού. Σε αυτό το πλαίσιο, οι αλλαγές στις χρήσεις και στην κάλυψη γης θεωρούνται από τις βασικές στρατηγικές για τη διαχείριση των φυσικών πόρων και την παρακολούθηση των περιβαλλοντικών αλλαγών. Στην Αίγυπτο, η αστική ανάπτυξη προκάλεσε σοβαρές απώλειες στην γεωργική γη και στις υδάτινες μάζες. Η αστική ανάπτυξη είναι υπεύθυνη για μία ποικιλία προβλημάτων του αστικού περιβάλλοντος όπως η υποβάθμιση της ποιότητας του αέρα, η αυξημένη απορροή και οι πλημμύρες, η αύξηση της τοπικής θερμοκρασίας, η υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων, κλπ. Οι γεωχωρικές τεχνολογίες και η μέθοδος της τηλεπισκόπησης παρέχουν τα απαραίτητα εργαλεία που μπορούν να εφαρμοστούν για ανίχνευσης των αλλαγών χρήσης γης. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | '''Στόχος:''' | ||
| + | |||
| + | Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η ανίχνευση των αλλαγών από το 1985 έως το 2010, στις χρήσεις γης με τη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και GIS στην Mansoura και στην Talkha, που ανήκουν στην Dakahlia. | ||
| + | |||
| + | [[Αρχείο:xm_a3_2.jpg|300px|thumb|right|Εικόνα 2: Χάρτης χρήσεων γης στη Mansoura και την Talkha, το 1985]] | ||
| + | |||
| + | |||
| + | '''Δεδομένα, προεπεξεργασία και ψηφιακές επεξεργασίες:''' | ||
| + | |||
| + | Για τους σκοπούς της παρούσας μελέτης έχουν χρησιμοποιηθεί τοπογραφικά σχέδια και χάρτες της πόλης από τις σχετικές αρχές. Η απαιτούμενες δορυφορικές εικόνες της περιοχής λήφθηκαν από το USGS Earth Explorer. Η επεξεργασία των εικόνων και η ερμηνεία τους για την δημιουργία χαρτών χρήσεων γης πραγματοποιήθηκαν στο λογισμικό ERDAS Imagine. Οι ληφθέντες χάρτες μελετήθηκαν και αναλύθηκαν για την ανίχνευση της αστικής εξάπλωσης. | ||
| + | |||
| + | Αρχικά, έγινε η '''προεπεξεργασία''' των εικόνων, η οποία περιελάμβανε τη γεωμετρική διόρθωση των εικόνων, την κατανομή των δεδομένων σε «ζώνες», όπου οι τύποι κάλυψης γης μέσα σε μια ζώνη έχουν παρόμοιες φασματικές ιδιότητες, καθώς και τεχνικές βελτίωσης της εικόνας, όπως ισοδυναμοποίηση του ιστογράμματος. | ||
| + | |||
| + | [[Αρχείο:xm_a3_3.jpg|300px|thumb|right|Εικόνα 3: Χάρτης χρήσεων γης στη Mansoura και την Talkha, το 2000]] | ||
| + | |||
| + | Αφού έγινε η προεπεξεργασία των εικόνων ακολούθησε η '''ταξινόμηση''' με μεθόδους μη-επιβλεπόμενης και επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Η μη-επιβλεπόμενη ταξινόμηση έγινε με τον αλγόριθμο ομαδοποίησης ISODATA στο ERDAS Imagine, ο οποίος ταξινομεί ανάλογα με τον απαιτούμενο αριθμό των κλάσεων και τον ψηφιακό αριθμό των διαθέσιμων pixels. Στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση εφαρμόστηκε η μέθοδος της μέγιστης πιθανοφάνειας, η οποία βασίζεται στις περιοχές εκπαίδευσης που ορίζει ο χρήστης. Η τελική ταξινόμηση δίνει το χάρτη χρήσεων γης της περιοχής. Οι κατηγορίες χρήσεων γης που έχουν εντοπιστεί στην περιοχή μελέτης είναι οι εξής: καλλιεργήσιμες εκτάσεις, κτισμένες εκτάσεις, χέρσα γη, και υδάτινες μάζες. | ||
| + | |||
| + | Με τη διαδικασία της ανάλυσης του εντοπισμού μεταβολών ('''change detection analyses''') περιγράφονται και ποσοτικοποιούνται οι διαφορές μεταξύ των εικόνων της ίδιας σκηνής σε διαφορετικούς χρόνους. Οι ταξινομημένες εικόνες των τριών διαφορετικών ημερομηνιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για τον υπολογισμό της έκτασης των μεταβολών των χρήσεων γης, όσο και για την παρατήρηση των αλλαγών που λαμβάνουν χώρα στο διάστημα μεταξύ των δεδομένων. Η ανάλυση αυτή είναι πολύ χρήσιμη για τον εντοπισμό των διάφορων αλλαγών στις διαφορετικές κατηγορίες χρήσεων γης, όπως είναι η αύξηση του αστικού ιστού ή η μείωση της γεωργικής γης κ.λ.π. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | '''Αποτελέσματα:''' | ||
| + | |||
| + | Οι τελικές εικόνες που προκύπτουν μετά την προ-επεξεργασία και την ταξινόμηση δείχνουν τις χρήσεις και την κάλυψη γης της περιοχής μελέτης. Το κόκκινο χρώμα αντιπροσωπεύει την αστική περιοχή, το σκούρο πράσινο τις καλλιεργήσιμες εκτάσεις, το μπλε τις υδάτινες μάζες και το ανοιχτό καφέ την χέρσα γη (Εικόνες 2-4). | ||
| + | |||
| + | [[Αρχείο:xm_a3_4.jpg|300px|thumb|right|Εικόνα 4: Χάρτης χρήσεων γης στη Mansoura και την Talkha, το 2010]] | ||
| + | |||
| + | |||
| + | '''Προβλέψεις:''' | ||
| + | |||
| + | Τέλος μελλοντικές πρόβλεψεις έγιναν με τη χρήση της Markov chain analysis. Το μοντέλο αυτό αποτελεί μια μήτρα μετάβασης (transition matrix), η οποία παρουσιάζει την πιθανότητα αλλαγών από κάθε κατηγορία κάλυψης γης ή χρήσης της γης σε οποιαδήποτε άλλη κατηγορία στο μέλλον. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | '''Συμπεράσματα:''' | ||
| + | |||
| + | Αναλύοντας τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης προκύπτουν τα ακόλουθα συμπεράσματα: | ||
| + | |||
| + | - Κατά τη διάρκεια του έτους 1985, η αστική περιοχή καλύπτει 28 km2, ενώ κατά το έτος 2000, η επέκταση της αστικής περιοχής καλύπτει 47 km2, δηλαδή το 6,98% της συνολικής έκτασης, ενώ παράλληλα οι καλλιεργούμενες εκτάσεις μειώθηκαν κατά 3,28% της συνολικής έκτασης. Επιπλέον, το έτος 2010, η αστική περιοχή αυξήθηκε δραματικά, πάνω από 5 φορές, και κάλυπτε 243 km2, το 36,026% της συνολικής έκτασης, ενώ η καλλιεργούμενες εκτάσεις μειώθηκαν κατά 30,75% της συνολικής έκτασης. | ||
| + | |||
| + | - Συμπερασματικά η αστικοποίηση στην Μανσούρα και την Talkha έχει αυξηθεί περίπου 32,08% από το 1985 έως το 2010. Η πρόβλεψη που γίνεται με τη χρήση της Markov chain analysis δείχνει ότι η μελλοντική αστική περιοχή μπορεί να αυξηθεί περίπου 16,09% σε Μανσούρα και Talkha. Η αυξημένη αστικοποίηση φυσικά μπορεί να έχει πολλές επιπτώσεις στις υποδομές, τη χρήση ενέργειας και την οικονομία της χώρας. | ||
Παρούσα αναθεώρηση της 16:43, 11 Μαρτίου 2016
Πρωτότυπος Τίτλος: “Monitoring urban growth and land use change detection with GIS and remote sensing techniques in Daqahlia governorate Egypt”
Συγγραφείς: Ibrahim Rizk Hegazy, Mosbeh Rashed Kaloop
Πηγή: [1]
Εισαγωγή:
Οι ρυθμοί αστικοποίησης στις αναπτυσσόμενες χώρες όπως η Αίγυπτος είναι πολύ γρήγοροι, γεγονός το οποίο οφείλεται κυρίως στην άναρχη εξάπλωση, την αύξηση της μετανάστευσης και τη ραγδαία αύξηση του πληθυσμού. Σε αυτό το πλαίσιο, οι αλλαγές στις χρήσεις και στην κάλυψη γης θεωρούνται από τις βασικές στρατηγικές για τη διαχείριση των φυσικών πόρων και την παρακολούθηση των περιβαλλοντικών αλλαγών. Στην Αίγυπτο, η αστική ανάπτυξη προκάλεσε σοβαρές απώλειες στην γεωργική γη και στις υδάτινες μάζες. Η αστική ανάπτυξη είναι υπεύθυνη για μία ποικιλία προβλημάτων του αστικού περιβάλλοντος όπως η υποβάθμιση της ποιότητας του αέρα, η αυξημένη απορροή και οι πλημμύρες, η αύξηση της τοπικής θερμοκρασίας, η υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων, κλπ. Οι γεωχωρικές τεχνολογίες και η μέθοδος της τηλεπισκόπησης παρέχουν τα απαραίτητα εργαλεία που μπορούν να εφαρμοστούν για ανίχνευσης των αλλαγών χρήσης γης.
Στόχος:
Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η ανίχνευση των αλλαγών από το 1985 έως το 2010, στις χρήσεις γης με τη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και GIS στην Mansoura και στην Talkha, που ανήκουν στην Dakahlia.
Δεδομένα, προεπεξεργασία και ψηφιακές επεξεργασίες:
Για τους σκοπούς της παρούσας μελέτης έχουν χρησιμοποιηθεί τοπογραφικά σχέδια και χάρτες της πόλης από τις σχετικές αρχές. Η απαιτούμενες δορυφορικές εικόνες της περιοχής λήφθηκαν από το USGS Earth Explorer. Η επεξεργασία των εικόνων και η ερμηνεία τους για την δημιουργία χαρτών χρήσεων γης πραγματοποιήθηκαν στο λογισμικό ERDAS Imagine. Οι ληφθέντες χάρτες μελετήθηκαν και αναλύθηκαν για την ανίχνευση της αστικής εξάπλωσης.
Αρχικά, έγινε η προεπεξεργασία των εικόνων, η οποία περιελάμβανε τη γεωμετρική διόρθωση των εικόνων, την κατανομή των δεδομένων σε «ζώνες», όπου οι τύποι κάλυψης γης μέσα σε μια ζώνη έχουν παρόμοιες φασματικές ιδιότητες, καθώς και τεχνικές βελτίωσης της εικόνας, όπως ισοδυναμοποίηση του ιστογράμματος.
Αφού έγινε η προεπεξεργασία των εικόνων ακολούθησε η ταξινόμηση με μεθόδους μη-επιβλεπόμενης και επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Η μη-επιβλεπόμενη ταξινόμηση έγινε με τον αλγόριθμο ομαδοποίησης ISODATA στο ERDAS Imagine, ο οποίος ταξινομεί ανάλογα με τον απαιτούμενο αριθμό των κλάσεων και τον ψηφιακό αριθμό των διαθέσιμων pixels. Στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση εφαρμόστηκε η μέθοδος της μέγιστης πιθανοφάνειας, η οποία βασίζεται στις περιοχές εκπαίδευσης που ορίζει ο χρήστης. Η τελική ταξινόμηση δίνει το χάρτη χρήσεων γης της περιοχής. Οι κατηγορίες χρήσεων γης που έχουν εντοπιστεί στην περιοχή μελέτης είναι οι εξής: καλλιεργήσιμες εκτάσεις, κτισμένες εκτάσεις, χέρσα γη, και υδάτινες μάζες.
Με τη διαδικασία της ανάλυσης του εντοπισμού μεταβολών (change detection analyses) περιγράφονται και ποσοτικοποιούνται οι διαφορές μεταξύ των εικόνων της ίδιας σκηνής σε διαφορετικούς χρόνους. Οι ταξινομημένες εικόνες των τριών διαφορετικών ημερομηνιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για τον υπολογισμό της έκτασης των μεταβολών των χρήσεων γης, όσο και για την παρατήρηση των αλλαγών που λαμβάνουν χώρα στο διάστημα μεταξύ των δεδομένων. Η ανάλυση αυτή είναι πολύ χρήσιμη για τον εντοπισμό των διάφορων αλλαγών στις διαφορετικές κατηγορίες χρήσεων γης, όπως είναι η αύξηση του αστικού ιστού ή η μείωση της γεωργικής γης κ.λ.π.
Αποτελέσματα:
Οι τελικές εικόνες που προκύπτουν μετά την προ-επεξεργασία και την ταξινόμηση δείχνουν τις χρήσεις και την κάλυψη γης της περιοχής μελέτης. Το κόκκινο χρώμα αντιπροσωπεύει την αστική περιοχή, το σκούρο πράσινο τις καλλιεργήσιμες εκτάσεις, το μπλε τις υδάτινες μάζες και το ανοιχτό καφέ την χέρσα γη (Εικόνες 2-4).
Προβλέψεις:
Τέλος μελλοντικές πρόβλεψεις έγιναν με τη χρήση της Markov chain analysis. Το μοντέλο αυτό αποτελεί μια μήτρα μετάβασης (transition matrix), η οποία παρουσιάζει την πιθανότητα αλλαγών από κάθε κατηγορία κάλυψης γης ή χρήσης της γης σε οποιαδήποτε άλλη κατηγορία στο μέλλον.
Συμπεράσματα:
Αναλύοντας τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης προκύπτουν τα ακόλουθα συμπεράσματα:
- Κατά τη διάρκεια του έτους 1985, η αστική περιοχή καλύπτει 28 km2, ενώ κατά το έτος 2000, η επέκταση της αστικής περιοχής καλύπτει 47 km2, δηλαδή το 6,98% της συνολικής έκτασης, ενώ παράλληλα οι καλλιεργούμενες εκτάσεις μειώθηκαν κατά 3,28% της συνολικής έκτασης. Επιπλέον, το έτος 2010, η αστική περιοχή αυξήθηκε δραματικά, πάνω από 5 φορές, και κάλυπτε 243 km2, το 36,026% της συνολικής έκτασης, ενώ η καλλιεργούμενες εκτάσεις μειώθηκαν κατά 30,75% της συνολικής έκτασης.
- Συμπερασματικά η αστικοποίηση στην Μανσούρα και την Talkha έχει αυξηθεί περίπου 32,08% από το 1985 έως το 2010. Η πρόβλεψη που γίνεται με τη χρήση της Markov chain analysis δείχνει ότι η μελλοντική αστική περιοχή μπορεί να αυξηθεί περίπου 16,09% σε Μανσούρα και Talkha. Η αυξημένη αστικοποίηση φυσικά μπορεί να έχει πολλές επιπτώσεις στις υποδομές, τη χρήση ενέργειας και την οικονομία της χώρας.
