Ανάλυση αλλαγών στη χρήση γης και στην κάλυψη γης χρησιμοποιώντας τηλεπισκόπηση και GIS: Μια μελέτη περίπτωσης της Hamirpur, Ινδία

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 14:18, 16 Ιανουαρίου 2025

Πρωτότυπος τίτλος: Analysis of land use and land cover transpose using remote sensing and GIS approach: a case of Hamirpur, India

Συγγραφείς: Rashmi Kumari, Bharti Kasavb

Πηγή: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2024.10.010

Λέξεις κλειδιά: GIS; Remote sensing, Regression, Urbanization, Environment

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050924010317

Εισαγωγή

Οι αλλαγές στη χρήση γης και η αστικοποίηση επηρεάζουν το τοπικό κλίμα, τη φυσική κατάσταση και την περιβαλλοντική ποιότητα. Έκθεση της Παγκόσμιας Τράπεζας (2007) προέβλεψε ότι τα αναδυόμενα έθνη θα κυριαρχούσαν στις μεγαλουπόλεις έως το 2020. Η αστικοποίηση, που ξεκίνησε από τη Βιομηχανική Επανάσταση στη Βρετανία, περιλαμβάνει την αφαίρεση φυσικών χαρακτηριστικών για ανάπτυξη υποδομών. Η αύξηση του πληθυσμού, ιδιαίτερα από το 1950 έως το 2050, έχει οδηγήσει σε αστική πίεση και περιβαλλοντική υποβάθμιση. Στην Ινδία, πόλεις όπως το Χαμίρπουρ αντιμετωπίζουν ραγδαία αστικοποίηση, με συνέπειες όπως περιβαλλοντικές καταστροφές. Η έρευνα επικεντρώνεται στις αλλαγές στη χρήση γης (LULC) και τις επιπτώσεις της δημογραφικής ανάπτυξης, προτείνοντας πολιτικές για βιώσιμη διαχείριση.

Περιοχή Μελέτης

Η πόλη Χαμίρπουρ έχει επιλεγεί προσεκτικά για την παρούσα έρευνα. Σύμφωνα με το τμήμα της πόλης και χωροταξικό σχεδιασμό του Χιματσάλ Πραντές (TCP, H.P.), η περιοχή μελέτης του Χαμίρπουρ εκτείνεται σε έκταση 5,24 τ.km και βρίσκεται στο βόρειο τμήμα της Ινδίας. Είναι η περιοχή των Ιμαλαΐων, πιο συγκεκριμένα στους χαμηλότερους πρόποδες σε ένα υψόμετρο περίπου 765 μέτρων. Ο πληθυσμός της περιοχής μελέτης είναι 17.604 σύμφωνα με την απογραφή του 2011. Ο πληθυσμός αυξάνεται με γρήγορους ρυθμούς και κατά συνέπεια η περιοχή των ανθρώπινων δραστηριοτήτων και παρεμβάσεων γρήγορα αύξηση. Επιπλέον, υπάρχει αξιοσημείωτη αύξηση στις βιομηχανίες. Έτσι, η χρήση γης και η κάλυψη γης αλλάζουν με ανησυχητικό ρυθμό, και ασκώντας μεγάλη πίεση στις εναπομείναντες διαθέσιμες άγονες και δασικές εκτάσεις. Αυτή η περιοχή έχει επιλέχθηκε για την καλύτερη κατανόηση των λόγων και των επιπτώσεων των αλλαγών στην κάλυψη και τη χρήση της γης.

Εικόνα. 1: Χάρτης θέσης της περιοχής μελέτης.   Δεδομένα και Μετρήσεις

Για την ποσοτική ανάλυση των δεδομένων αλλαγής χρήσης γης και κάλυψης γης της περιοχής υπό διερεύνηση, χρησιμοποιήθηκαν κυρίως δορυφορικές εικόνες πολλαπλών χρονικών περιόδων από το Landsat 7 ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) και το Landsat 8 OLI/TIRS (Operational Land Imager/Thermal Infrared Sensor) με χωρική ανάλυση 30 μέτρων, από το Κέντρο Δεδομένων Συστήματος Παρατήρησης Γης του USGS (http://earth explorer.usgs.gov/). Οι δορυφορικές εικόνες αναλύθηκαν και κατηγοριοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό ArcMap 10.8. Το ArcMap 10.8 χρησιμοποιήθηκε επίσης για τον υπολογισμό των περιοχών και τη δημιουργία θεματικών χαρτών. Οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν με χρήση του Microsoft Excel για τη δημιουργία πινάκων που παρουσιάζουν τις αλλαγές στην κάλυψη γης.

Προεπεξεργασία Εικόνων

Η προεπεξεργασία είναι απαραίτητη για την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων. Είναι σημαντική για την ερμηνεία τους και απαιτείται σε περιπτώσεις όπως η εξάλειψη νεφών και η διόρθωση παραμορφώσεων. Οι διαδικασίες αυτές αποσκοπούν στη βελτίωση της φασματικής διαχωριστικότητας και της οπτικής ερμηνείας των χαρακτηριστικών της επιφάνειας της γης, παρέχοντας καλύτερα δεδομένα για τις αυτοματοποιημένες μεθόδους επεξεργασίας εικόνας.

Επικάλυψη Στρωμάτων

Το Landsat 7 ETM αποτελείται από οκτώ φασματικές ζώνες και το Landsat 8 OLI/TIRS από έντεκα. Οι ζώνες 4, 3, 2 του Landsat 7 και οι ζώνες 5, 4, 3 του Landsat 8 χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία σύνθετων εικόνων στο ArcMap 10.8. Οι τρεις φασματικές ζώνες (κόκκινο, πράσινο, μπλε) αντιπροσωπεύουν διαφορετικές ιδιότητες και δημιουργούν συνθέσεις πραγματικού και ψευδοχρωματισμού της περιοχής μελέτης. Επιπλέον, οι σύνθετες εικόνες ενσωματώθηκαν στην περιοχή μελέτης για τη βελτίωση της ακρίβειας της επεξεργασίας.

Κατηγοριοποίηση Εικόνων

Μια κατάλληλη μέθοδος κατηγοριοποίησης είναι απαραίτητη για την ταξινόμηση των δορυφορικών εικόνων της περιοχής μελέτης. Η παρούσα μελέτη χρησιμοποιεί τροποποιημένη μέθοδο κατηγοριοποίησης με επιβλεπόμενους ταξινομητές per-pixel. Αυτοί οι ταξινομητές κατηγοριοποιούν τα pixels βάσει παρόμοιων φασματικών ιδιοτήτων. Ο αλγόριθμος μέγιστης πιθανότητας του ArcMap 10.8 χρησιμοποιήθηκε για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση των δεδομένων LULC (Land Use/Land Cover) για τις εικόνες Landsat από τα έτη 2Έντονο κείμενο001, 2011, και 2021. Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει τη δημιουργία ενός αριθμητικού "κλειδιού ερμηνείας" που περιγράφει τη φασματική συμπεριφορά κάθε χαρακτηριστικού μέσω περιοχών εκπαίδευσης. Για κάθε κατηγορία, δημιουργήθηκαν περίπου 30 δείγματα εκπαίδευσης, φτάνοντας συνολικά 150-200 δείγματα ανά χάρτη. Στη συνέχεια, κάθε pixel ταξινομήθηκε σύμφωνα με την κατηγορία με την οποία μοιάζει περισσότερο.

Εικόνα. 2: Αποτελέσματα Πρότυπα Χρήσης και Κάλυψης Γης (LULC) του Hamirpur το 2001 και το 2011.

Εικόνα 3: Αποτελέσματα Πρότυπα Χρήσης και Κάλυψης Γης (LULC) του Hamirpur το 2021.

Ανίχνευση Αλλαγών

Η ανάλυση ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή και την ποσοτικοποίηση των διαφορών μεταξύ εικόνων της ίδιας περιοχής σε διαφορετικές χρονικές περιόδους. Οι αλλαγές χρήσης και κάλυψης γης, όπως η αύξηση των αστικών περιοχών και η μείωση της βλάστησης, εντοπίστηκαν ακολουθώντας τη μεθοδολογία της μελέτης. Οι στατιστικές ανιχνεύσεις αλλαγών για τις περιόδους 2001–2011, 2011–2021 και 2001–2021 αξιολογήθηκαν στην παρούσα έρευνα.

Ανάλυση

Η ενδελεχής ανάλυση των συλλεχθέντων δεδομένων πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας στατιστικές τεχνικές και εργαλεία GIS. Εξετάστηκαν οι δεκαετίες αλλαγών στο χωρικό και κοινωνικοοικονομικό προφίλ της περιοχής μελέτης. Μελετήθηκαν οι τάσεις αύξησης του πληθυσμού, παραγωγής απορριμμάτων και κατανάλωσης νερού.

Συμπέρασμα

Το αποτέλεσμα της παρούσας έρευνας δείχνει ότι η αύξηση των αστικών περιοχών έχει σημαντικές αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον και το κλίμα της περιοχής μελέτης. Ως εκ τούτου, πρέπει να ληφθούν μέτρα με τη μορφή σχεδιασμού και πολιτικών κατευθυντήριων γραμμών για τη μείωση της αύξησης του πληθυσμού, η οποία με τη σειρά της θα μειώσει τον ρυθμό αύξησης των αστικών περιοχών. Προτείνεται το ποσοστό των αστικών περιοχών να μην αυξηθεί περαιτέρω πέρα από το 69% της συνολικής έκτασης. Πρέπει να ληφθούν μέτρα για την αύξηση της βλάστησης και της πράσινης κάλυψης, αξιοποιώντας τις άγονες εκτάσεις, ώστε να αποφευχθεί η περιβαλλοντική υποβάθμιση και η κλιματική αλλαγή. Η μεθοδολογία που υιοθετήθηκε στην παρούσα έρευνα μπορεί να αναπαραχθεί και να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω εις βάθος αναλύσεις σε συγκεκριμένες περιοχές μελέτης.