Mapping marine environments with IKONOS imagery: enhanced spatial resolution can deliver greater thematic accuracy
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Mapping marine environments with IKONOS imagery: enhanced spatial resolution can deliver greater thematic accuracy
Συγγραφείς: Peter J. Mumby, Alasdair J. Edwards
Πηγή: ELSEVIER, Remote Sensing of Environment, Volume 82, Issues 2–3, October 2002, Pages 248-257
Link πρωτότυπης εργασίας: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00041-X
Aντικείμενο εφαρμογής
Βασικό αντικείμενο εφαρμογής της συγκεκριμένης εργασίας είναι η αξιοποίηση δορυφορικών παρατηρήσεων που προέρχονται από τον δορυφόρο IKONOS για την χαρτογράφηση ρηχών νερών του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Ο δορυφόρος IKONOS 2 εκτοξεύθηκε περί τα τέλη του 1999 με χωρική διακριτική ικανότητα της τάξης των 4μ. Πραγματοποιήθηκαν αξιολογήσεις στις νήσους Τουρκ και Κάικος εξαιτίας της καθαρότητας των νερών και της ποικιλομορφίας οικοτόπων στα ρηχά ύδατα. Χαρτογραφήθηκαν πάνω από 600 πεδία ενδιαφέροντος, κατηγοριοποιήθηκαν τα οικοσυστήματα, πραγματοποιήθηκε επιτόπια ταξινόμηση των εικόνων και τέλος πραγματοποιήθηκε ανεξάρτητη αξιολόγηση της θεματικής ακρίβειας των χαρτών.
Καθώς ασκούνται αυξανόμενες πιέσεις στους υφάλους από παγκόσμιες διαδικασίες, οι επιστήμονες καλούνται να εξετάσουν σύγχρονες μεθόδους αξιολόγησης των οικοσυστημάτων μεγάλης κλίμακας. Η επιτυχής εκτόξευση του δορυφόρου IKONOS 2, ξεπέρασε σε μεγάλο βαθμό τον χωρικό περιορισμό σε επίπεδο ψηφίδας συγκριτικά με προγενέστερους δορυφόρους καθώς φέρει 3 φασματικές ζώνες που διεισδύουν στο νερό σε χωρική ανάλυση που φθάνει τα 4 μ. Η παρούσα εργασία έρχεται να αξιολογήσει την υψηλή ανάλυση του πολυφασματικού δορυφόρου IKONOS, σε σχέση με άλλους δορυφορικούς αισθητήρες για την επιτηρούμενη ταξινόμηση και χαρτογράφηση των οικοτόπων των κοραλλιογενών υφάλων.
Μεθοδολογία
Το Μάρτιο του 2001, συλλέχθηκαν δορυφορικές εικόνες του IKONOS για πάνω από 60 τετρ. χλμ ύφαλου και θαλάσσιας βλάστησης για τους νήσους Τουρκ και Κάικος (Βρετανικές Δυτικές Ινδίες). Οι εικόνες αυτές στη συνέχεια διορθώθηκαν γεωμετρικά σύμφωνα με το διάγραμμα που ακολουθεί.
Ο λόγος του συντελεστή Diffuse attenuation coefiicients για τις φασματικές ζώνες 2 και 3 προήλθε από τα εικονοστοιχεία της άμμου και του βάθους. Τα ενδιαιτήματα της θαλάσσιας βλάστησης τείνουν να είναι σχετικά ομοιογενή σε σχέση με τα ενδιαιτήματα των κοραλλιογενών υφάλων τα οποία παρουσιάζουν ανομοιομορφία. Για τη βέλτιστη αξιοποίηση των πληροφοριών των εικόνων IKONOS, χρησιμοποιήθηκε ένα φίλτρο διακύμανσης στις 3 αμετάβλητες ζώνες του IKONOS (κανάλια 1/2, κανάλια 1/3 και κανάλια 2/3) προκειμένου να δημιουργηθούν 3 επίπεδα υφής γα την επιτηρούμενη ταξινόμηση. Συνολικά, πάνω από 600 τοποθεσίες ερευνήθηκαν το 1995/1996 και οι θέσεις τους καθορίστηκαν χρησιμοποιώντας διαφορικό GPS. Η ταξινόμηση των οικοτόπων αποκάλυψε 3 κυρίαρχα επίπεδα ιεραρχίας. Στη συνέχεια ορίστηκαν 3 κατηγορίες. Η πρώτη αποδόθηκε με τον όρο«fine» (σε 13 κατηγορίες οικοτόπων), η δεύτερη με τον όρο «medium» (8 ενδιαιτήματα) και η τρίτη με τον όρο «coarse ή χονδροειδή» (4 ενδιαιτήματα). Για την ακρίβεια των τελικών χαρτών οικοτόπων, χρησιμοποιήθηκαν άλλες 3 συμπληρωματικές παράμετροι. Η (α) ολική ακρίβεια και ο βαθμός συσχέτισης των τιμών, (β) η ακρίβεια του χρήστη και (γ) ο συντελεστής τ. Για την ανακάλυψη τυχών σφαλμάτων αντίθεσης στην ακτινοβολία, τιμών των εικονοστοιχείων από τις αεροφωτογραφίες (CASI) αλλά και από τις δορυφορικές εικόνες (IKONOS, LANDSAT TM), πραγματοποιήθηκε μια σύγκριση από την ακτή μέχρι ένα συγκεκριμένο βάθος σύμφωνα με έναν αλγόριθμο που αποτυπώνει τις ανακλώμενες ακτινοβολίες από τα κανάλια μπλε, πράσινο και κόκκινο του ορατού φάσματος.
Αποτελέσματα-Συζήτηση
Η χωρική ανάλυση του LANDSAT TM (30*30 μ), επέτρεψε τη μέτρηση της ετερογένειας των οικοτόπων σε κλίμακα 90*90, όμως η προσθήκη των πληροφοριών αυτών δεν έδωσε λύση στη διάκριση ανάμεσά τους. Ο αισθητήρας CASI προσέδωσε ανάλυση υψηλής ακρίβειας (>80%) στους τελικούς χάρτες αποτύπωσης της θαλάσσιας μορφολογίας. Έτσι, όταν οι εικόνες έχουν χαμηλή φασματική ανάλυση, η λεπτομερής χαρτογράφηση των οικοτόπων είναι απίθανο να επιτύχει υψηλές ακρίβειες.
Γίνεται κατανοητό ότι η λεπτομερής χαρτογράφηση των κοραλλιογενών υφάλων είναι απίθανη διαδικασία, μέσω των δορυφορικών αισθητήρων εξαιτίας της ατμοσφαιρικής διασποράς Rayleigh και της επακόλουθης απώλειας αντίθεσης της ακτινοβολίας. Αυτό προκύπτει από το παραπάνω διάγραμμα (Εικόνα 2). Οι δορυφόροι IKONOS και LANDSAT δεν φαίνεται να παράγουν υψηλής ανάλυσης δεδομένα, συγκριτικά με τον αισθητήρα CASI.
Τα παραγόμενα δεδομένα του IKONOS παρότι δεν μπορούν να διακρίνουν πολλά οικοσυστήματα, φασματικά, τα όριά αυτών είναι τα πλέον ευδιάκριτα σε σχέση με τους άλλους 2 αισθητήρες. Για μικρές περιοχές (μικρότερες από 500 τετρ χλμ), ο IKONOS θα αποτελούσε οικονομικότερη και πιο αποδοτική πηγή πληροφοριών υψηλής ανάλυσης από τον αισθητήρα CASI. Επιπλέον, τα δεδομένα του IKONOS δύναται να αποτελέσουν αποτελεσματικό εργαλείο για την αποτύπωση της χωρικής δυναμικής των οικοτόπων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιας αποτύπωσης θα ήταν η παρακολούθηση της ανάκαμψης της πυκνής θαλάσσιας βλάστησης ύστερα από κάποια αναταραχή του οικοτόπου. Κάτι τέτοιο σήμερα πραγματοποιείται με τη χρήση αεροφωτογραφιών.
Τα δορυφορικά δεδομένα είναι απίθανο να παρέχουν αποτελεσματικές παρατηρήσεις για την αξιολόγηση επιπτώσεων μεγάλης κλίμακας στον ύφαλο. Προτείνεται μια λύση για την καλύτερη χρήση των δορυφορικών δεδομένων σε παρόμοια φαινόμενα. Αυτή αποτελείται από την αξιοποίηση εικόνων πολλαπλών χρονικών δεδομένων (multi temporal), πρακτική ευρέως διαδεδομένη σήμερα. Εν κατακλείδι, η παρακολούθηση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων χρήζει περαιτέρω μελέτης και για αυτό το λόγο τα δορυφορικά δεδομένα υψηλής ανάλυσης αποδεικνύεται ότι αποτελούν χρήσιμο εργαλείο για την διερεύνηση των ποιοτικών αλλαγών των θαλάσσιων οικοτόπων, εξισώνοντας την αύξηση της ομοιογένειας των ψηφίδων σε μια δεδομένη μετατόπιση της κοινότητας.
