Συσχέτιση των μεταβολών στις χρήσεις και τη κάλυψη γης με το πληθυσμό στη μητροπολιτική περιοχή του St. Louis
Από RemoteSensing Wiki
Η συσχέτιση των μεταβολών στις χρήσεις και τη κάλυψη γης με το πληθυσμό στη μητροπολιτική περιοχή του St. Louis κατά τα προηγούμενα 40 χρόνια, με χρήση τηλεπισκοπικών και πληθυσμιακών δεδομένων.
Πρωτότυπος τίτλος: Drivers of land cover and land use changes in St. Louis metropolitan area over the past 40 years characterized by remote sensing and census population data. Συγγραφείς: Maitiniyazi Maimaitijiang, Abduwasit Ghulam, J.S. Onésimo Sandoval, Matthew Maimaitiyiming. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303243414001846
1. Εισαγωγή
Στη σύγχρονη εποχή, με όλο και μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού να διαμένει σε αστικές περιοχές, οι αλλαγές στη χρήση και κάλυψη γης (Land Use Land Cover-LULC) λόγω της αύξησης του μεγέθους των πόλεων, είναι ένα φαινόμενο με πολλαπλές διαστάσεις (United Nations, 2014). Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των προτύπων των αλλαγών στη χρήση και τη κάλυψη γης σε συνάρτηση με τις πληθυσμιακές μεταβολές και τη δυναμική τους, σε τμήμα της μητροπολιτικής περιοχής του St. Louis. Η περίοδος αναφοράς εκτείνεται περίπου στα 40 έτη. Τελικός στόχος είναι η ποσοτικοποίηση των αλλαγών σε LULC με χρήση δορυφορικών εικόνων.
2. Μεθοδολογία
- 2.1. Δεδομένα
Τα δορυφορικά δεδομένα αποτελούνταν από 17 εικόνες Landsat MSS και TM Που προήλθαν από ξεχωριστές ημερομηνίες (1972, 1982, 1990, 2000 και 2010). Οι εικόνες είχαν περιορισμένη νεφοκάλυψη και η χρονική τους απόσταση από τις εκάστοτε απογραφές πληθυσμού ήταν μικρή. Τα δημογραφικά δεδομένα αποτελούνται από στοιχεία αναφορικά με το πληθυσμό, τη φυλή, τις κατοικίες κ.α. και ελήφθησαν από τη Υπηρεσία Απογραφής των Η.Π.Α.
- 2.2. Επεξεργασία
Οι δορυφορικές εικόνες διορθώθηκαν γεωμετρικά με χρήση σημείων ελέγχου (Ground Control Points). Η ραδιομετρική διόρθωση, όπου αυτή ήταν απαραίτητη, έγινε χειροκίνητα. Τέλος, με τη χρήση του προγράμματος ENVI, πραγματοποιήθηκε η ατμοσφαιρική διόρθωση QUAC (Quick Atmospheric Correction). Στη συνέχεια, τα πληθυσμιακά δεδομένα ανήχθηκαν σε επίπεδο φατνίων κανάβου μεγέθους 1km x1km. Παράλληλα, δίκτυο κανάβων ενσωματώθηκε και στους χάρτες LCLU. Τέλος, τα δεδομένα συνδυάστηκαν και ενώθηκαν προκειμένου να προκύψουν οι σχέσεις ανάμεσα στις χρήσεις/καλύψεις γης και τα πληθυσμιακά χαρακτηριστικά. Για τον υπολογισμό των συσχετίσεων εφαρμόστηκε ο συντελεστής συσχέτισης του Pearson, μέθοδοι ελαχίστων τετραγώνων (Ordinary Least Square-OLS) και γεωγραφικά σταθμισμένη παλινδρόμηση (Geographically Weighted Regression-GWR). Όπως αναφέρεται χαρακτηριστικά, αυτό που μελετήθηκε κυρίως ήταν η δυναμική των αστικών προτύπων ανάπτυξης μέσω των ποσοστιαίων μεταβολών στη κάλυψη γης, συγκρινόμενων με τα πληθυσμιακά δεδομένα.
3. Αποτελέσματα
Η συνολική ακρίβεια που επιτεύχθηκε στους χάρτες LCLU ήταν μεγαλύτερη του 95% και ο συντελεστής k=0.95 για τα έτη 1990, 2000, 2010 ενώ 93% και k=0.95 για το 1972. Η εκτίμησή της προέκυψε από πίνακες σύγχυσης (confusion matrices) για τους χάρτες ταξινόμησης και τα δείγματα εκπαίδευσης.
Τα αποτελέσματα της μελέτης καταδεικνύουν ότι η εξάπλωση του αστικού ιστού συσχετίζεται θετικά με τις πληθυσμιακές μεταβολές χωρίς ωστόσο να δημιουργείται ένα γραμμικό χωροχρονικό μοντέλο. Αυτό οφείλεται ως ένα βαθμό και στη χωρική ετερογένεια της περιοχής μελέτης, μιας και παρατηρείται θετική συσχέτιση στα προάστια και αρνητική συσχέτιση στον αστικό και κεντρικό προαστιακό ιστό του St. Louis. Ενδεικτικά αναφέρεται μεταβολή των οικοδομημένων εκτάσεων από 6,8% το 1972 σε 16.7% το 2010, με τις πεδιάδες και τα δάση να αποτελούν τη κυρίαρχη κάλυψη γης στη περιοχή.
4. Συμπεράσματα
Η παρούσα εργασία επεδίωξε να δημιουργήσει ένα ισχυρό πλέγμα που να ενσωματώνει ποικίλα και ανόμοια δεδομένα, τόσο τηλεπισκοπικά όσο και πληθυσμιακά, συγκεντρωμένα από διαφορετικές πηγές σε ένα ενιαίο πλαίσιο, το οποίο θα επιτρέπει τη καλύτερη και αποτελεσματικότερη ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης και τελικώς, την επίτευξη αποτελεσματικότερου σχεδιασμού.
Η ανάπτυξη του αστικού ιστού της περιοχής μελέτης καταδεικνύει μία τάση αποκέντρωσης από τα τμήματα της παλιάς πόλης και στα εγγύτερα με το κέντρο προάστια. Αντιθέτως, η επέκταση της πόλης στα υπόλοιπα προάστια πραγματοποιείται με ρυθμούς που ξεπερνούν τη πληθυσμιακή αύξηση κατά 6.1, κάτι οποίο έχει κοινωνικοοικονομικά αίτια.
Όσον αφορά τη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε, η εφαρμογή κανάβου, παρά τα πλεονεκτήματά της, έχει το μειονέκτημα ότι τα αποτελέσματα επηρεάζονται από το μέγεθος του φατνίου. Επιπροσθέτως, υπάρχει ο κίνδυνος υπερεκτίμησης του πληθυσμού στις αραιοκατοικημένες περιοχές και της υποτίμησής του στις πυκνοκατοικημένες περιοχές, λόγω της μεθόδου με την οποία πραγματοποιείται η απογραφή, κάτι που μειώνει την αξιοπιστία του μοντέλου, κάτι το οποίο μπορεί να βελτιωθεί με χρήση κατάλληλα σχεδιασμένων χαρτών. Τέλος, θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν ότι η ανάπτυξη του αστικού ιστού δεν σχετίζεται μόνο με μεταβολές του LCLU και του πληθυσμού αλλά επηρεάζεται και από παράγοντες όπως οι μεταβολές του αναγλύφου, η δημιουργία αυτοκινητοδρόμων, οι δείκτες απασχόλησης κτλ.
