Η σημασία της σύνθεσης της επιστημονικής γνώσης με την γνώση των τοπικών συνθηκών για την μελέτη υποβάθμισης του εδάφους
Από RemoteSensing Wiki
Η σημασία της σύνθεσης της επιστημονικής γνώσης με την γνώση των τοπικών συνθηκών για την μελέτη υποβάθμισης του εδάφους
Πρωτότυπος τίτλος : A synthesis of remote sensing and local knowledge approaches in land degradation assessment in the Bakhu East District, Ghana
Συγγραφείς : G.A.B. Yiran, J.M. Kusimi, S.K. Kufogbe
Πηγή : Science Direct
1.Εισαγωγή
Η υποβάθμιση του εδάφους (Land degradation) ορίζεται ως η μείωση της ικανότητας της γης να εκτελέσει τις λειτουργίες των οικοσυστημάτων και των υπηρεσιών που υποστηρίζουν την κοινωνία και την ανάπτυξη. Οι αλλαγές στην χρήση/κάλυψη γης, σε οποιαδήποτε κλίμακα, αν είναι αρνητικές για την ευημερία του περιβάλλοντος έχουν ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση του εδάφους. Η υποβάθμιση του εδάφους είναι μια δυναμική διαδικασία και η τηλεπισκόπηση έχει μεγάλη αξία για την παρακολούθηση της οπτικής πλευράς αυτής της διαδικασίας, μέσω της ανάλυσης των αλλαγών στην χρήση γης. Αυτό δύναται να επιτευχθεί με την χρήση δορυφορικών τηλεπισκοπικών τεχνικών για την ποσοτική μέτρηση των αλλαγών της χρήσης/κάλυψης γης μέσα σε μια χρονική περίοδο. Η περιοχή μελέτης που εξετάζεται στην παρούσα εργασία βρίσκεται στη βορειοανατολική γωνία της Γκάνας, το Bakhu East District. Η γεωργία αποτελεί την κύρια οικονομική δραστηριότητα των κατοίκων, απασχολώντας το 68% του συνόλου των κατοίκων στους τομείς της φυτικής παραγωγής, της κτηνοτροφίας και της δασοκομίας. Γίνεται αντιληπτό ότι λόγω του αγροτικού χαρακτήρα της οικονομίας της περιοχής, ο αντίκτυπος της υποβάθμισης του εδάφους – χαμηλή γονιμότητα εδάφους, διάβρωση του εδάφους, απώλεια φυτικής κάλυψης – είναι μεγάλος στην κοινωνία της περιοχής. Η αντιστροφή της υποβάθμισης του εδάφους και η μείωση των αρνητικών επιπτώσεων στις ζωές των κατοίκων της περιοχής απαιτεί αειφόρο αναπτυξιακό σχεδιασμό. Απαιτείται λοιπόν κατανόηση των αγρο-οικολογικών προβλημάτων που διαμορφώνουν και υποβαθμίζουν το φυσικό τοπίο. Η πλήρης κατανόηση του προβλήματος επιτυγχάνεται με την συλλογή δεδομένων και γνώσεων σχετικά με τον τρόπο και το μέγεθος της υποβάθμισης του εδάφους. Για να γίνει αυτό χρειάζεται χρονική ανάλυση των διαθέσιμων τηλεπισκοπικών δεδομένων για την περιοχή με παράλληλη ενσωμάτωση της γνώσης της περιοχής.
Προς αυτή την κατεύθυνση κινείται η παρούσα μελέτη, αντικειμενικοί στόχοι της οποίας είναι οι εξής :
- Χρήση τηλεπισκοπικών τεχνικών με σκοπό την λήψη πληροφοριών για τα χωρικά πρότυπα και τις τάσεις υποβάθμισης του εδάφους για την περιοχή μελέτης
- Διερεύνηση της τοπικής γνώσης για την εκτίμηση της υποβάθμισης του εδάφους
- Εξέταση της ένταξης της επιστημονικής και τοπικής γνώσης στη σωστή διαχείριση του εδάφους
2.Μεθοδολογία
Οι βασικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την συλλογή και την ανάλυση δεδομένων περιλαμβάνουν την τηλεπισκόπηση, την ποιοτική και ποσοτική έρευνα και την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας. Όσον αφορά την πλευρά της τηλεπισκόπησης, αποκτήθηκαν και αναλύθηκαν μια εικόνα του δορυφόρου LANDSAT TM του 1989 και δύο εικόνες του LANDSAT ETM+ του 1999 και του 2006 αντίστοιχα, με σκοπό την εξακρίβωση του χωρο-χρονικού μοντέλου υποβάθμισης του εδάφους.(Εικόνες του δορυφόρου LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενες μελέτες βλάστησης που περιλάμβαναν ανίχνευση μεταβολών ) Η περιοχή μελέτης αποτελείται από δύο περιοχές οι οποίες ορίστηκαν στην δορυφορική εικόνα. Οι περιοχές αυτές καταγράφηκαν στις 11/11 και στις 7/11 για τις εικόνες του 1989 και 1999 αντίστοιχα. Η εικόνα όμως του 2006 είχε μόνο μια καταγεγραμμένη περιοχή (από τις 25/10), και για τον λόγο αυτό οι περιοχές των προηγούμενων ετών συγχωνεύθηκαν και αναδιαστασιολογήθηκαν. Η αναδιαστασιολόγηση έγινε έτσι ώστε όλες οι ταξινομημένες εικόνες να έχουν το ίδιο μέγεθος και να μπορεί να πραγματοποιηθεί σύγκριση της χρήσης/κάλυψης γης. Οι εικόνες στην συνέχεια ταξινομήθηκαν ψηφιακά. Τα κανάλια 4(red) 3(green) 2(blue) χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία ψευδό-χρωμοσύνθετων εικόνων με την χρήση του λογισμικού ENVI. Μια δοκιμή μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης δεν κατάφερε να διαφοροποιήσει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά (όπως για παράδειγμα αστική και καλλιεργήσιμη γη), και για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε επιβλεπόμενη ταξινόμηση για την ποιοτική και ποσοτική ανάλυση των τηλεπισκοπικών εικόνων. Πριν την ταξινόμηση, πραγματοποιήθηκε συλλογή δειγμάτων εκπαίδευσης από την περιοχή με την βοήθεια των εικόνων και ενός συστήματος GPS. Η συλλογή έγινε την ίδια χρονική περίοδο(Νοέμβριο) που αποκτήθηκαν και οι εικόνες έτσι ώστε να συσχετίζονται σωστά οι φασματικές αποκρίσεις των εικόνων με τα χαρακτηριστικά του εδάφους. Η ικανότητα διαχωρισμού των τάξεων που έχουν ψηφιοποιηθεί αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας στατιστικά στοιχεία των φασματικών υπογραφών τους. Τιμές διαχωριστικότητας μεγαλύτερες από 1,9 υποδηλώνουν ότι όλες οι φασματικές υπογραφές των κατηγοριών είναι διακριτές, και αυτό διαπιστώθηκε για όλες τις κατηγορίες που αναφέρθηκαν. Η ανίχνευση των αλλαγών πραγματοποιήθηκε μέσω image differencing, αφαιρώντας δηλαδή την ταξινομημένη εικόνα του 1989 από την αντίστοιχη ταξινομημένη εικόνα του 1999, την εικόνα του 1999 από αυτήν του 2006 και την εικόνα του 1989 από αυτήν του 2006. Για τον εντοπισμό των καμμένων εκτάσεων δημιουργήθηκε ένα χρωμοσύνθετο (κανάλι 6-θερμικό, 4-πράσινο, 3-μπλε), όπου μέσω της μέτρησης της θερμικής ακτινοβολίας (κανάλι 6) διευκολύνθηκε η οριοθέτηση των καμμένων περιοχών. Τα δείγματα εκπαίδευσης ψηφιοποιήθηκαν στην εικόνα. Κομμάτι της μεθοδολογίας αποτέλεσε και η αξιολόγηση των γνώσεων των ντόπιων πληθυσμών σχετικά με την υποβάθμιση του εδάφους, με σκοπό να εξακριβωθεί πως οι απόψεις τους θα μπορούσαν να συνδυαστούν με την αλλαγή κάλυψης/χρήσης γης για να διαπιστωθεί η υποβάθμιση του εδάφους. Έγιναν επίσης προσωπικές παρατηρήσεις της περιοχής ώστε να συγκεντρωθούν πληροφορίες που ίσως να μην συλλέχθηκαν από τον δορυφόρο.
3.Αποτελέσματα
Οι δορυφορικές εικόνες επεξεργάστηκαν και ταξινομήθηκαν σε διάφορες κατηγορίες χρήσης/κάλυψης γης. Οι τελικές κατηγορίες που δημιουργήθηκαν είναι οι εξής : 1. Exposed soil : περιλαμβάνει χωράφια, γυμνό έδαφος, ανασκαφές, οικοδομήσιμες περιοχές 2. Close savannah woodland : περιλαμβάνει δασικές περιοχές, δασικά αποθέματα, προστατευόμενες φυσικές περιοχές 3. Open savannah woodland : περιλαμβάνει περιοχές με λιγότερη κάλυψη από δέντρα σε σχέση με την Close savannah woodland, θάμνους κ.α. 4. Mixture of grasses and shrubs with scattered trees - Grassland : περιλαμβάνει περιοχές όπου το έδαφος καλύπτεται πάνω από 50% με γρασίδι, γεωργικές εκτάσεις που εξακολουθούν να έχουν καλλιέργειες, κ.α. 5. Water bodies : περιλαμβάνει ποτάμια, ρέματα, φράγματα ή δεξαμενές που περιείχαν νερό κατά την περίοδο απεικόνισης 6. Burnt Scars : περιλαμβάνει καμένες περιοχές κ περιοχές που καίγονταν κατά την περίοδο της απεικόνισης 7. Settlement : περιλαμβάνει – κατά κύριο λόγο - κατοικημένες περιοχές
Στην εικόνα 1 φαίνονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης για τις τρεις διαθέσιμες δορυφορικές εικόνες.
Πραγματοποιήθηκαν στατιστική έρευνα για την ανίχνευση των αλλαγών, καθώς και ανά κατηγορία image differencing για την εξακρίβωση των αλλαγών στην χρήση/κάλυψη γης για τις περιόδους ανάμεσα στο 1989 – 1999 και 1989-2006. Παρατηρήθηκαν μεγάλες αλλαγές στις χρήσεις/καλύψεις γης ανάμεσα στις υπό εξέταση χρονικές περιόδους. Η παρακάτω εικόνα που παράχθηκε από το λογισμικό ENVI παρατίθεται για να απεικονίσει τις αλλαγές χρήσεις/κάλυψης γης ανάμεσα στο 1989 και το 2006. Οι περιοχές που απεικονίζονται με μαύρο χρώμα δεν άλλαξαν με την πάροδο του χρόνου, περιοχές όμως με διαφορετικό χρώμα αντιπροσωπεύουν αλλαγές από μια κατηγορία χρήσης/κάλυψης γης σε μια άλλη. Για παράδειγμα, το ανοιχτό πράσινο χρώμα στην παρακάτω εικόνα δείχνει ότι η Close savannah woodland άλλαξε σε Open savannah woodland.
