Evaluating urban expansion and land use change in Shijiazhuang, China, by using GIS and remote sensing

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 00:38, 15 Φεβρουαρίου 2017

Evaluating urban expansion and land use change in Shijiazhuang, China, by using GIS and remote sensing ΤΙΤΛΟΣ: Αξιολογώντας την αστική επέκταση και την αλλαγή χρήσης γης στη Σιτζιαζχουάνγκ, στην Κίνα, με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης

ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: Jieying Xiao, Yanjun Shen, Jingfeng Ge, Ryutaro Tateishi, Changyuan Tang, Yanqing Liang, Zhiying Huang

ΠΗΓΗ:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169204605000058

Eικόνα 1: Χάρτης της αστικής περιοχής της Σιτζιαζχουάνγκ σε διαφορετικές χρονολογίες (Η σιδηροδρομική γραμμή δείχνει την κατάσταση το 2001.

Eικόνα 2: Χωρικές κατανομές του ετήσιου ρυθμού αστικής ανάπτυξης της Σιτζιαζχουάνγκ.

Eικόνα 2: Χάρτης χρήση / κάλυψη γης της Σιτζιαζχουάνγκ το 1987 (a)

Eικόνα 2: Χάρτης χρήση / κάλυψη γης της Σιτζιαζχουάνγκ το 2001 (b)

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ

Τις τελευταίες δεκαετίες, η έρευνα για την αλλαγή της χρήσης/ κάλυψης γης έχει γίνει μια σημαντική πτυχή σε μελέτες περί παγκόσμιας αλλαγής ή υπερθέρμανσης του πλανήτη, καθώς η αλλαγή της χρήσης/ κάλυψης γης είναι ένας σημαντικός παράγοντας της παγκόσμιας αλλαγής λόγω των αλληλεπιδράσεών της με το κλίμα, τις διεργασίες των οικοσυστημάτων, τους βιοχημικούς κύκλους, την βιοποικιλότητα και ακόμη σε μεγαλύτερο βαθμό με τις ανθρώπινες δραστηριότητες (e.g., L´opez et al., 2001; Aguilar et al., 2003). Η τηλεπισκόπηση παρέχει αξιόλογα χωρικά σύνολα δεδομένων που καλύπτουν μεγάλες περιοχές τόσο με υψηλή χωρική λεπτομέρεια όσο και με υψηλή χρονική συχνότητα, καθώς επίσης και δεδομένα με διαχρονικότητα (Herold et al., 2003). Στην Κίνα έχει σημειωθεί ταχεία ανάπτυξη κατά τις δυο τελευταίες δεκαετίας και συμπεριλαμβανομένης της οικονομικής ανάπτυξης, το τοπίο έχει αλλάξει έντονα (Liu et al., 2003). Στα πλαίσια της αστικοποίησης, τεράστιες ποσότητες γεωργικών εκτάσεων έχουν αλλάξει σε οικιστικές και αστικές χρήσεις γης, έτσι οι επιπτώσεις της αλλαγής του τοπίου στο περιβάλλον λόγω της αστικοποίησης είναι σημαντικές (Carlson and Traci Arthur, 2000; Shen et al., 2003). Στόχοι που άρθρου είναι: 1) η διερεύνηση των χρονικών και χωρικών χαρακτηριστικών της αστικής επέκτασης τα τελευταία 70 χρόνια, 2) ο εντοπισμός και η αξιολόγηση της αλλαγής χρήσης/ κάλυψης γης λόγω της αστικοποίησης μεταξύ του 1987 και του 2001 και η εξαγωγή χαρτών κάλυψης γης και 3) η ανάλυση των βασικών παραγόντων που διέπουν την αστικοποίηση και την αλλαγή χρήσης/ κάλυψης γης.

2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στην Βόρεια Κίνα, με έκταση περίπου 341,63 km2, η οποία καλύπτει ολόκληρη την πόλη της Σιτζιαζχουάνγκ και του κοντινού προαστιακού περιθωρίου της. Η Σιτζιαζχουάνγκ είναι σήμερα η πρωτεύουσα και η μεγαλύτερη πόλη της επαρχίας Hebei και είναι σημαντική ως διοικητικό κέντρο, κέντρο πολιτισμού, οικονομίας και συγκοινωνιών. Κατά την τελευταία απογραφή πληθυσμού καταγράφηκαν περίπου 1,6 εκατομμύρια κάτοικοι. Στις αρχές του 1900 ήταν ένα μικρό χωριό, ενώ από το 1968 που έγινε πρωτεύουσα της επαρχίας, σημειώθηκε ταχεία ανάπτυξη με επέκταση της αστικής του έκτασης. Ειδικότερα, τα τελευταία 20 χρόνια της οικονομικής μεταρρύθμισης, η αστική επέκταση της Σιτζιαζχουάνγκ ήταν πολύ έντονη, με αποτέλεσμα το τοπίο της πόλης να αλλάξει εντόνως (Shen et al., 2003).

3. ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ

Συλλέχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για τη συγκεκριμένη μελέτη πολυετή κοινωνικο-οικονομικά στατιστικά δεδομένα, διαχρονικοί χάρτες της πόλης και δυο εκδοχές από δορυφορική πολυφασματική εικόνα τόσο για την αξιολόγηση των χρονικών και χωρικών χαρακτηριστικών της αστικής επέκτασης από το 1934 έως το 2001 όσο και για την αλλαγή χρήσης/ κάλυψης γης από το 1987 έως το 2001. Πέντε χάρτες από διαφορετικές ιστορικές περιόδους ψηφιοποιήθηκαν και εισήχθησαν στο GIS. Ως χάρτης - βάση ορίστηκε ο τοπογραφικός χάρτης του 1981. Προκειμένου να αξιολογηθεί η χωρική κατανομή της έντασης της αστικής επέκτασης, προσαρμόστηκε ένας δείκτης που ονομάζεται ετήσιος ρυθμός αστικής ανάπτυξης (AGR) για την αξιολόγηση της ταχύτητας της «αστικοποίησης» ανά μονάδα επιφάνειας. Στη συνέχεια επιλέχθηκαν δυο εκδοχές των εικόνων Landsat για να αναλυθεί η αλλαγή χρήσης/ κάλυψης γης από το 1987 έως το 2001. Η μια εικόνα ήταν Landsat 5 ΤΜ που καταγράφηκε στις 29 Ιουνίου του 1987 και η δεύτερη ήταν Landsat 7 ΕΤΜ+ που καταγράφηκε στις 10 Μαΐου του 2001. Πριν την ταξινόμηση της κάλυψης γης, σχεδιάστηκε ένα σύστημα ταξινόμησης με 9 κλάσεις με σκοπό την εξέταση των ιδιοτήτων των χρήσεων γης της περιοχής μελέτης ως αστικές/ δομημένες, οικιστικό χώρο, καλλιέργειες, φυσικό περιβάλλον, δάσος / δέντρα, οπωρώνες, βλάστηση, υδάτινο περιβάλλον και άγονα / αμμώδη εδάφη. Η ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος εποπτευόμενης ταξινόμησης, η Μέγιστη Πιθανότητα (Murai, 1996), χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση των τύπων κάλυψης γης. Σύμφωνα με τον χάρτη χρήσεων γης του 1991 και τον χάρτη μεγάλης κλίμακας του 2001, δημιουργήθηκαν δύο σύνολα δειγμάτων επαλήθευσης του εδάφους για κάθε εικόνα, το ένα από τα οποία χρησιμοποιήθηκε ως σύνολο δεδομένων εκπαίδευσης και το άλλο ως δεδομένα δοκιμών για την αξιολόγηση της ακρίβειας.

4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Η αστική έκταση της Σιτζιαζχουάνγκ επεκτάθηκε από 6,31 km2 το 1934 σε 165,5 km2 το 2001 με μέσο όρο 2,4 km2/ χρόνο. Κατά τα τελευταία 70 χρόνια, η αστική ανάπτυξη ή αλλιώς αστική επέκταση της Σιτζιαζχουάνγκ βίωσε άλλοτε καταστάσεις γρήγορης και άλλοτε χαμηλότερης ανάπτυξης. Τα δεδομένα που προέρχονταν από τους πέντε ιστορικούς χάρτες είναι συναφή με εκείνα από τα στατιστικά στοιχεία. Σύμφωνα με την πολυετή αλλαγή της αστικής περιοχής, η αστική επέκταση της Σιτζιαζχουάνγκ μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα στάδια ως εξής: 1) αρχικό στάδιο ανάπτυξης από το 1934 έως το 1949, 2) στάδιο μικρής ανάκαμψης από το 1950 έως το 1955, 3) αργό στάδιο ανάπτυξης από το 1956 έως το 1980 και 4) στάδιο γρήγορης επέκτασης από το 1981 έως το 2001. Οι χωρικές κατανομές της έντασης της αστικής επέκτασης κατά τη διάρκεια των διάφορων περιόδων απεικονίζονται από τον δείκτη ετήσιου ρυθμού αστικής ανάπτυξης όπως φαίνεται στην επόμενη εικόνα (Εικόνα 2). Στη βάση 1 χλμ. * 1 χλμ. δικτύου, ο ετήσιος ρυθμός αστικής ανάπτυξης ποικίλλει σημαντικά. Η Εικόνα 3 δείχνει δυο χάρτες χρήσης/ κάλυψης γης με ταξινόμηση. Η ακρίβεια της ταξινόμησης κρίθηκε μέσω της αξιολόγησης της ακρίβειας της συνολικής ταξινόμησης και των στατιστικών Kappa, τα οποία υπολογίστηκαν σύμφωνα με την μέθοδο Congalton et al. (1983) χρησιμοποιώντας τα δυο σύνολα δεδομένων επαλήθευσης. Οι συνολικές ακρίβειες των ταξινομήσεων είναι 84,96% και 87,84% το 1987 και 2001, αντίστοιχα. Αυτοί οι δείκτες μπορούν να καλύψουν την χαμηλότερη ζήτηση για την ανίχνευση αλλαγής (Lucas et al., 1989) και τα στατιστικά στοιχεία Kappa είναι 0,822 και 0,828, αντίστοιχα. Συγκρίνοντας τους δυο χάρτες ταξινόμησης, όπως αποδεικνύεται στην Εικόνα 3, η αλλαγή του τοπίου ήταν σημαντική: η αστική περιοχή έχει διευρυνθεί σε μεγάλο βαθμό, οι γεωργικές εκτάσεις έχουν μειωθεί σε μεγάλο βαθμό και το μεγαλύτερο μέρος των δέντρων και των οπωρώνων που διανεμήθηκε στην βόρεια πλευρά εξαφανίστηκε.

5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Από την ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στην παρούσα μελέτη, τα χωρικά πρότυπα αστικής επέκτασης στη Σιτζιαζχουάνγκ μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις χαρακτηριστικές μορφές:

• ειδικό αντικείμενο με τύπο προσανατολισμένο στην εποχή του πολέμου (1934-1947), σύμφωνα με την οποία η αστική επέκταση διεπόταν από την σύσταση στρατιωτικής βάσης και σχετικής χρήσης,
• κοινωνικο-πολιτικό τύπο παρέμβασης, δηλαδή, κατά τη διάρκεια των ετών του Great Leap Forward και της Πολιτιστικής Επανάστασης. Σε αυτή την περίοδο, η αστική επέκταση επηρεάστηκε έντονα από τις εθνικές πολιτικές καταστάσεις, και
• φυσιολογικό τύπο ανάπτυξης, δηλαδή, η αστική επέκταση που προκαλείται από την οικονομική ανάπτυξη και την αύξηση του πληθυσμού κατά τις τελευταίες δύο δεκαετίες.

Όπως διαφαίνεται από τους χάρτες ετήσιου ρυθμού αστικής ανάπτυξης και αλλαγής της χρήσης/ κάλυψης γης κατά τις τελευταίες δεκαετίες, η αστική επέκταση στην περιοχή της υπο εξέταση πόλης διαφέρει από άλλες της Ασίας, όπως το Πεκίνο και το Τόκιο, των οποίων οι τάσεις εξάπλωσης ήταν κατά μήκος ακτινικών διαδρόμων, όπως είναι οι μεγάλοι δρόμοι κυκλοφορίας από το κέντρο των πόλεων (Liu et al., 2000; Sorensen, 2000). Η αστική επέκταση της Σιτζιαζχουάνγκ δείχνει μια τάση επιφανειακής εξάπλωσης γύρω από τις παρυφές του αστικοποιημένου εδάφους. Αυτό είναι ένα συνηθισμένο φαινόμενο για την αστική ανάπτυξη των περισσότερων πόλεων της Κίνας.