RemoteSensing Wiki - Συνεισφορές χρήστη [el]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T10:41:17Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Περιγράφεται η μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Έχουν χρησιμοποιηθεί εννέα διαφορετικές καλύψεις γης όπως κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις γης. Η συνολική ακρίβεια της ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβαδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια οικολογικής του διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθούν, χαρτογραφηθούν και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου για την κάλυψη του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Ως οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό της ρόλο για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Η φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης της εναέριας φωτογραφίας και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι η αποκτήσει της απαιτούμενης πληροφόρησης από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως είανι οι Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την αποτελεσματικότερη ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ότι με άλλες μεθόδους.
Το ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση της τρέχουσες πρακτικές και τα σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Η ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως διακυμάνσεις στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Ο Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινομένου σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, ο τεμαχισμός των βιότοπων, η εξέλιξη των τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης του γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία της τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, παίζει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονικός άτλαντας της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. 

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 km². Είναι περιτριγυρισμένη από τον Θερμαϊκό και τον Στρυμονικό Κόλπο. Στα βόρεια βρίσκεται η λίμνη Κορώνεια και προς τα ανατολικά η λίμνη Βόλβη . Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και το βουνά Κερδύλιο στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν πετροχημικα, τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου, χαλυβουργεία. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί μια σταδιακά αυξανόμενη ζήτηση και πιέσεις στο περιβάλλον.

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης / χρήσης γης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνας των περιβαλλοντικών αλλαγών. 

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Για την επίτευξη των στόχων της μελέτης χρησιμοποιήθηκε το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας το υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται καλύτερα στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας ορίστηκαν εννέα τάξεις οι οποίες είναι οι παρακάτω: υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, λιβάδια και άλλα. Έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί στις αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού, χρονολογούμενα το 1986, το 1999 και 2008. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν με ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίστουν τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του λογισμικου πακέτου ArcGis είναι η αναταξινομηση,η επίστρωση και η ψηφιοποίηση και χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης/χρήση γης ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα αληθινά στρώματα. Η επιτόπια έρευνα γίνεται για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας της χρήσης/κάλυψηςτου εδάφους από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας χρήσης/κάλυψης του εδάφους.
Οι χάρτες κάλυψης/χρήσης γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη ταξινομητή Μεγίστης Πιθανόφάνειας (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης. 

Πίνακας 1. Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2. Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]
 
[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγών για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση τις μεταβολές και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 τα κωνοφόρα δαση αυξήθηκαν κατά 0.48%, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25% και τα λιβάδια 1.78% (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση/κάλυψη του εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56%, η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε μια μήτρα αλλαγών (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 εως το 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) που έχει εφαρμοστεί, χρησιμοποιεί ως παράγοντες για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης, τν αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, . Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Τα ιστορικά δεδομένα για αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις . Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη/χρήσηςε εδάφους. 

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4. Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη της βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης/κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές των ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες της χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη/χρήσης του εδάφους όπου εμφανίζονται και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη/χρήση του εδάφους, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά η ενσωμάτωση δεδομένων τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ για την ανίχνευση των μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, είναι ιδιαίτερα χρήσιμη. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικά αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί είναι μικροί.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T06:07:52Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Περιγράφεται τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Έχουν χρησιμοποιηθεί εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης όπως κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβαδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών. 

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης. 

Πίνακας 1. Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2. Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]
 
[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους. 

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4. Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T06:06:52Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Περιγράφεται τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Έχουν χρησιμοποιηθεί εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης όπως κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών. 

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης. 

Πίνακας 1. Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2. Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]
 
[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους. 

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4. Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T06:04:29Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών. 

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης. 

Πίνακας 1. Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2. Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]
 
[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους. 

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4. Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T06:03:30Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών. 

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης. 

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]
 
[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους. 

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T06:02:14Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών. 

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης. 

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]

[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T06:01:20Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010). 

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης. 

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]

[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T06:00:16Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.
Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης.

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]

[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T05:59:19Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.

Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης.

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]

[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008 
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T05:58:34Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

'''4. Μεθοδολογία'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.]]
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

'''5. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | left | Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek4.jpg | thumb | right | Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008]]
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.

Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης.

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
[[Εικόνα: Vsa6_pin1.jpg]]

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin2.jpg]]

[[Εικόνα: Vsa6_ek5.jpg | thumb | left | Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008]]
[[Εικόνα: Vsa6_ek3.jpg | thumb | right | Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008]]
Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin3.jpg]]

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008
[[Εικόνα: Vsa6_pin4.jpg]]

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

Αρχείο:Vsa6 pin4.jpg

2012-03-05T05:54:58Z

Vskarogiannis: Πίνακας 4. Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008

Πίνακας 4. Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008

Αρχείο:Vsa6 pin3.jpg

2012-03-05T05:54:08Z

Vskarogiannis: Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008

Πίνακας 3. Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008

Αρχείο:Vsa6 pin2.jpg

2012-03-05T05:53:40Z

Vskarogiannis: Πίνακας 2. Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008

Πίνακας 2. Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008

Αρχείο:Vsa6 pin1.jpg

2012-03-05T05:53:12Z

Vskarogiannis: Πίνακας 1. Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.

Πίνακας 1. Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.

Αρχείο:Vsa6 ek6.jpg

2012-03-05T05:52:40Z

Vskarogiannis: Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008

Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008

Αρχείο:Vsa6 ek5.jpg

2012-03-05T05:52:16Z

Vskarogiannis: Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008

Εικ. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008

Αρχείο:Vsa6 ek4.jpg

2012-03-05T05:51:24Z

Vskarogiannis: Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008

Εικ. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008

Αρχείο:Vsa6 ek3.jpg

2012-03-05T05:51:02Z

Vskarogiannis: Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986

Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T05:47:41Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
[[Εικόνα: Vsa6_ek1.jpg | thumb | right | Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης]]
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

'''4. Μεθοδολογία'''
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

[[Εικόνα: Vsa6_ek2.jpg]]
Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.

'''5. Αποτελέσματα'''
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.

Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986

Εικ.. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008.

Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης.

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008

Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Εικ.. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008

Πίνακας 3 Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008

Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

Αρχείο:Vsa6 ek2.jpg

2012-03-05T05:47:20Z

Vskarogiannis: Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη

Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη

Αρχείο:Vsa6 ek1.jpg

2012-03-05T05:45:17Z

Vskarogiannis: Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης

Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T05:43:24Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

'''4. Μεθοδολογία'''
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.

'''5. Αποτελέσματα'''
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.

Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986

Εικ.. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008.

Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης.

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008

Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Εικ.. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008

Πίνακας 3 Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008

Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-05T05:42:26Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: Multi-temporal Landsat image classification and change analysis of land cover/use in the Prefecture of Thessaloiniki, Greece''' 
'''Συγγραφείς:''' Meliadis Ioannis, Miltiadis Meliadis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf http://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2011-1(1)/Multi-temporal-landsat-image.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους. 
''Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.'' 

'''1. Εισαγωγή'''
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993 Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

'''2. Περιοχής Μελέτης'''
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

Εικ. 1 Προσανατολισμός χάρτη της περιοχής μελέτης, Νομαρχία Θεσσαλονίκης

'''3. Στόχοι'''
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
* Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
* Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
* Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
* Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

'''4. Μεθοδολογία'''
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στην εικόνα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

Σχήμα 2. To διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.

'''5. Αποτελέσματα'''
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης για τα έτη 1986 και 2008.

Εικ. 3 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 1986

Εικ.. 4 Η διαβαθμισμένη εικόνα του έτους 2008.

Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις εννέα κατηγορίες τις περιοχή μελέτης για τα έτη 1986, 1999 και 2008 αλλά και τις αλλαγές στην κάλυψη γης για τα χρονικά διαστήματα 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008 (Πίνακας 2) για να εξακριβωθεί η ακρίβεια της ταξινόμησης.

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.

Πίνακας 2 Αλλαγές στη χρήσης/κάλυψης γης μεταξύ 1986-1999, 1999-2008 και 1986-2008

Η εικόνα 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

Εικ.. 5 Αλλαγές στις εννέα κατηγορίες κατά τα έτη 1986, 1999 και 2008

Πίνακας 3 Αλλαγές στη χρήση/κάλυψης γης μεταξύ 1986 and 2008

Εικ. 6 Οι αλλαγές στις κατηγορίες χρήσης/κάλυψη γης μεταξύ 1986 και 2008

Πίνακας 4 Μήτρες αλλαγών (εκτάρια) στην κάλυψη γης του 2008

'''6. Συμπεράσματα'''
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

Σκαρογιάννης Ευάγγελος

2012-03-05T04:56:45Z

Vskarogiannis:

'''Άρθρα''' 
* [[ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΕΙΚΤΩΝ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ GIS ΣΤΗΝ ΠΕΔΙΑΔΑ ΣΕΡΡΩΝ]] 
* [[ΔΙΑΧΕΙΡIΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ]] 
* [[ΚΑΘΕΤΗ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΑ ΝΗΣΙΑ ANDAMAN ΑΝΙΧΝΕΥΜΕΝΗ ΑΠΟ ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ ΜΕΣΩ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΡΑΝΤΑΡ]] 
* [[ΠΕΔΙΑ ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ]] 
* [[ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ]] 
* [[ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ]] 

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα) ]]

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

2012-03-04T21:03:34Z

Vskarogiannis: Νέα σελίδα με 'ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜ...'

ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ LANDSAT, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΚΑΛΥΨΗΣ/ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Μελιάδης Ιωάννης Μιλτιάδης Μελιάδης
ΕΘΙΑΓΕ-Ινστιτούτο Δασικών Ερευνών, GR570 06 Βασιλικά, Ελλάδα
Τμήμα Δασικής Διαχείρισης και Τηλεπισκόπησης της Σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο
Θεσσαλονίκη, Ελλάδα
E-mail: meliadis@fri.gr
Ελήφθη 27 Φλεβάρη 2011? Δεκτές 30 Μάρτη 2011? Δημοσιεύθηκε σε απευθείας σύνδεση 9 Μάη, 2011
IAEES

Περίληψη
Αυτό το έγγραφο περιγράφει τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων των πολλαπλών χρονικών Landsat TM / ETM + δεδομένων της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης, Μακεδονία-Ελλάδα για τα έτη 1986, 1999 και 2008. Εννέα διαφορετικές καλύψεις της γης έχουν χρησιμοποιηθεί, που ονομάζονται κωνοφόρων, πλατύφυλλων και μικτά δάση, αγροτικές γαίες, βοσκότοπους, λιβάδια, υδατικά συστήματα, αστικές περιοχές και άλλες χρήσεις. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης ήταν 85% για τα τρία έτη, και η ακρίβεια εντοπισμού αλλαγών ήταν 88-91%. Ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα για τις ταξινομήσεις είναι η διακύμανση των περιοχών των υδάτινων σωμάτων, κυρίως των λιμνών, η μείωση των λιβάδιών και η αύξηση των δασών, γεωργικών εκτάσεων και βοσκοτόπων. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε το μέλλον της ποικιλότητας του τοπίου και τον κατακερματισμό, και να εξετάσουμε διάφορα σενάρια για περισσότερους τρόπους οικολογικής διαχείρισης. Οι ταξινομήσεις έχουν δώσει έναν οικονομικό και ακριβή τρόπο για να ποσοτικοποιηθεί, χαρτογραφηθεί και αναλυθούν οι αλλαγές στην πάροδο του χρόνου κάλυψης του εδάφους.
Λέξεις-κλειδιά: Tηλεπισκόπιση, ΓΠΣ, Πολλαπλών χρονικών περιόδων εικόνες, Κάλυψη γης / χρήση της γης, Θεσσαλονίκη.

1 Εισαγωγή
Οικόπεδo κάλυψης εννοούμε τα φυσικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, που υπάρχουν στην κατανομή της βλάστησης, των υδάτων, του εδάφους και/ή τις τεχνητές δομές. Η Χρήση της γης αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η γη έχει χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο και τους βιοτόπους τους, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης για τις οικονομικές δραστηριότητες. Κάλυψη του εδάφους/γης και χρήση αυτής είναι ένας σύνθετος όρος, η οποία περιλαμβάνει δύο κατηγορίες, την κάλυψη και τη χρήση γης. Τα οικόπεδα και η κάλυψη/χρήση γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε τοπικό και περιφερειακό όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο σχεδιασμού και διαχείρισης. Τις περισσότερες φορές τα καθήκοντα σχεδιασμού και διαχείρισης του περιβάλλοντος διαταράσσονται εξαιτίας της ανεπάρκειας πληροφόρησης αναφορικά με τον τρόπο που ο λόγος κάλυψης της γης/γη μεταβάλλεται. Οι αλλαγές στην κάλυψη γης προκαλούνται φυσιολογικά με ένα σταδιακό και βαθμιαίο τρόπο, όμως μερικές φορές μπορεί να είναι γρήγορες και απότομες λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (Butenuth et al., 2007).
Φωτογράφιση με τη μορφή των αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο οικονομική αποτελεσματική μέθοδος για τη χαρτογράφηση κάλυψης γης σε όλο τον κόσμο (Trisurat et al., 2000). Ιστορικά, η εξ αποστάσεως ανίχνευση με τη μορφή της αεροφωτογραφίας υπήρξε μια σημαντική πηγή πληροφόρησης για την κάλυψης γης. Ωστόσο, το κόστος της απόκτησης εναέριας φωτογραφία και η ερμηνεία των τύπων κάλυψης είναι απαγορευτικά ακριβά για τις μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. Μια εναλλακτική λύση είναι να αποκτήσει την απαιτούμενη πληροφόρηση από την ψηφιακή δορυφορική φωτογραφία, όπως Landsat TM και ΕΤΜ + (Μελιάδης, 2005?. Μeliadis et al, 2005). Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα: (1) η συνοπτική εικόνα των μεγάλων γεωγραφικών περιοχών, (2) η ψηφιακή μορφή των στοιχείων που διευκολύνουν την πιο αποτελεσματική ανάλυση και (3) οι χάρτες κάλυψης γης μπορούν να παραχθούν με πολύ λιγότερο κόστος από ό, τι με άλλες μεθόδους.
ΓΣΠ είναι η συστηματική εισαγωγή πολλών διαφορετικών στατιστικών δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απογραφή του περιβάλλοντος, την παρατήρηση των αλλαγών και των συστατικών και των διαδικασιών πρόβλεψης με βάση τρέχουσες πρακτικές και σχέδια διαχείρισης (Ramachandra και Kumar, 2004).
Ανίχνευση αλλαγής, όπως ορίζεται από τον Hoffer (1978), είναι διαχρονικά αποτελέσματα ως μεταβλητη στη φασματική απόκριση και περιλαμβάνει περιπτώσεις όπου τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης ή άλλου είδους κάλυψης σε μια δεδομένη τοποθεσία αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Singh (1989) περιέγραψε την ανίχνευση αλλαγής ως μια διαδικασία που παρατηρεί τις διαφορές ενός αντικειμένου ή φαινόμενο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Η ψηφιακή ανίχνευση αλλαγής είναι η διαδικασία που βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών που συνδέονται με τη χρήση γης και τις ιδιότητες κάλυψης γης σε σχέση με γεω-εγγεγραμμένα πολλαπλά χρονικά δεδομένα τηλεπισκόπησης (Παπαδοπούλου και Τσακίρη-Στρατή, 1993? Lu et al, 2004). Βοηθά στον προσδιορισμό των αλλαγών μεταξύ δύο ή περισσότερων από δύο ημερομηνιών της υπό μελέτη περιοχής. Η ανίχνευση αλλαγής είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές όπως όπως οι αλλαγές κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους, το ποσοστό αποδάσωσης, το ποσοστό και η επιτυχία της αναδάσωσης, τεμαχισμός βιότοπων, εξέλιξη τοπίων, μέσω της συνεργικής χρήσης των χωρικών και χρονικών τεχνικών ανάλυσης γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GIS) και τηλεπισκόπησης μαζί με τις ψηφιακές τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (FOODY, 2002 Malinverni και λοιποί., 2003). Έτσι, τα στοιχεία τηλεπισκόπησης σε διαφορετικό χρονικό διάστημα βοηθούν στην ανάλυση του ποσοστού των αλλαγών καθώς επίσης και των αιτιωδών παραγόντων που προκαλούν τις αλλαγές. Ως εκ τούτου, έχει ένα σημαντικό ρόλο στον περιφερειακό σχεδιασμό σε διαφορετικές χρονικές και χωρικές κλίμακες. Αυτό μαζί με τις χωρικές και χρονικές τεχνολογίες ανάλυσης των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) βοηθούν στη διατήρηση ενημερωμένων πληροφοριών για τη χρήσης γης, ώστε να προκύψει ορθός προγραμματισμό και αποτελεσματική από πλευράς κόστους απόφαση. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας πολυ-χρονική άτλαντα της υπό έρευνα περιοχής ,με όλα τα μεταδεδομένα που απαιτούνται για την καταγραφή της περιοχής. Η επιστήμη και η υποβολή εκθέσεων, που χρειάζονται για την παρακολούθηση της δυναμικής στην κάλυψη γης με την πάροδο του χρόνου έχουν αναπτύξει την έρευνα, και έχουν κάνει λειτουργικές, μια ευρεία ποικιλία των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών χρησιμοποιώντας πολλαπλάσιες ημερομηνίες των στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί εξ αποστάσεως.
Οι διαδικασίες ανίχνευσης αλλαγής που βασίζονται στις φασματικές τιμές είναι κοινές εντούτοις, προσεγγίσεις ανάλυσης σχεδίων τοπίων που χρησιμοποιούν τις χωρικές πληροφορίες έμφυτες μέσα στις παρούσες ευκαιρίες καλολογικών στοιχείων για την παραγωγή των μοναδικών και οικολογικά σημαντικών πληροφοριών (Gitas και λοιποί., 2009). Ενώ η χρήση δύο εικόνων μπορεί να παρέχει τα μέσα να προσδιοριστεί η αλλαγή, η χρήση περισσότερων από δύο εικόνων για το μακροπρόθεσμο έλεγχο αντέχει οικονομικά τη δυνατότητα να προσδιοριστεί μια μεγαλύτερη σειρά των διαδικασιών της αλλαγής τοπίων, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών και της δυναμικής (Frey και Butenuth, 2009).

2 Περιοχής Μελέτης
Η περιοχή μελέτης είναι η Νομαρχία Θεσσαλονίκης, η οποία εκτείνεται μεταξύ 40 ° 41 '1,32 "Ν, 23 ° 16' 42,96" Ε. Ο πληθυσμός είναι περίπου 1.099.598 και η περιοχή είναι 3.682.736 χιλιόμετρα ². Είναι περιτριγυρισμένο από τον Θερμαϊκό Κόλπο και το Στρυμονικό Κόλπο. Δύο σώματα του δρόμου νερού προς τα βόρεια, είναι η λίμνη Κορώνεια, στην καρδιά του νομού και Λίμνη Βόλβη προς τα ανατολικά. Τα βουνά βρίσκονται στο κεντρικό και στο βόρειο τμήμα, οι γεωργικές εκτάσεις στο δυτικό και στο νοτιο-δυτικό τμήμα και μερικά προς τα βορειοανατολικά, στο βόρειο μέρος και κατά μήκος της κοιλάδας του Αξιού. Τα βουνά περιλαμβάνουν το Χορτιάτη στο δυτικό-κεντρικό τμήμα, και τα βουνά Kerdylio στα βορειοανατολικά. Τα νομαρχιακά διαμερίσματα οριοθετούνται με το νομό Ημαθίας στα νοτιοδυτικά, Πέλλας στη δύση, Κιλκίς προς τα βόρεια, Σέρρες στα ανατολικά και Χαλκιδική στα νότια (Εικ. 1). Από την άποψη της δασοκομίας κυριαρχούν το αειθαλές πλατύφυλλο (65.5%) και η βαλανιδιά (27.3%), ενώ οι μικρότερες περιοχές καλύπτονται από τα δέντρα (2.6%), την οξιά (2.6%), το πεύκο Aleppo (2.0%), το κάστανο (0.9%) και τη μαύρη πεύκη (0.1%) (Ainalis και λοιποί., 2007). Στην περιοχή υπάρχουν σημαντικά σημεία των πετροχημικών και το τσιμέντο, διυλιστήρια πετρελαίου και χαλυβουργεία και η Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκη παρουσιάζει άνιση κατανομή των υδάτινων πόρων. Οι ορεινές και ημιορεινές περιοχές σε (σε αντιδιαστολή με τα πεδινά) έχουν κακό υδροδυναμικό υπόβαθρο. Επίσης, η αύξηση του πληθυσμού στους προαστιακούς δήμους, που συνδυάζεται με την ύπαρξη της μεγάλης βιομηχανικής δραστηριότητας δημιουργεί τη σταδιακά αυξανόμενη ανταγωνιστική ζήτηση και τις πιέσεις στο περιβάλλον. Το κλίμα της Μεσογείου περιλαμβάνει ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς και ήπιους ήχειμώνες στις χαμηλότερες περιοχές και πεδιάδες της. Ο χειμερινός καιρός είναι πολύ κοινός στις περιοχές 500 μ επάνω από τη στάθμη της θάλασσας και στα βουνά. Ο νομός είναι σημαντικός από την άποψη της γεωργικής παραγωγής, η οποία απαιτεί μελέτες και Περιβάλλοντικών Επιπτώσεων για την προστασία των εδαφικών πόρων (Ainalis et al., 2010).

3 Στόχοι
Οι στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν:
Αναγνώριση της κάλυψης της γης / χρήση γης και τη χωρική κατανομή
Ανάπτυξη ψηφιακής βάσης δεδομένων της κάλυψης γης
Δημιουργία ενός ιστορικού ψηφιακού άτλαντα της Νομαρχίας Θεσσαλονίκης με τις διαφορετικές αλλαγές κάλυψης εδάφους/ χρήσης του εδάφους
Συνέχιση της πολυ-χρονικής έρευνα των περιβαλλοντικών αλλαγών.

4 Μεθοδολογία
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αποκαλύψει τις περιβαλλοντικές αλλαγές που χρησιμοποιώντας πολυχρονικά δεδομένα μέσω δορυφόρου. Το ψηφιακό λογισμικό επεξεργασίας εικόνας Erdas χρησιμοποιήθηκε την επίτευξη των στόχων της μελέτης. Το Erdas Imagine χρησιμοποιήθηκε για να παραγάγει το ψεύτικο σύνθετο χρώμα, συνδυάζοντας υπέρθυθρο κόκκινο και πράσινο μαζί και για τις δύο εικόνες. Αυτό έγινε για την αναγνώριση της βλάστησης, επειδή η χλωροφύλλη στα φυτά αντικατοπτρίζεται πολύ καλά στο υπέρυθρο από ότι το ορατό. Για την ταξινόμηση της εικόνας, εννέα τάξεις ορίστηκαν οι οποίες είναι υδάτινα σώματα, γεωργική γη, αστικές περιοχές, λιβάδια, τα δάση κωνοφόρων και πλατύφυλλα δάση, μικτά δάση, Λιβάδια, και άλλα.. Πολυχρονικά Landsat TM / ETM + δεδομένα που έχουν αποκτηθεί σε αρχές και τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού χρονολογούμενα το 1986, 1999, και 2008, έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση επιπέδου Ι και ΙΙ κάλυψης γης. Η επεξεργασία και ταξινόμηση των στοιχείων για το 2010 που θα επεκτείνει τη χρονική σειρά, έχει ήδη δρομολογηθεί. Έχει διαπιστωθεί ότι ο συνδυασμός πρώιμου καλοκαιριού (Τέλη Μαΐου ή αρχές Ιουνίου) με τις εικόνες μέσου έως πρόσφατου καλοκαιριού (Αύγουστος ή στις αρχές Σεπτεμβρίου) παρέχει την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Οι πιό αξιοσημείωτες παρατηρήσεις ήταν ότι οι αρχικές εικόνες χωραφιών τα οποία καλλιεργήθηκαν ετήσιες συγκομιδές αποκρίνονται ως γυμνό χώμα και είναι διακριτές από τα δάση που είναι ήδη πλήρως ανθισμένα. Όταν μόνο μια θερινή εικόνα χρησιμοποιείται, τα δάση και μερικές συγκομιδές, ειδικά καλαμπόκι, είναι φασματικά παρόμοια. Αντιθέτως, η μεταγενέστερη θερινή εικόνα χρειάζεται για να διαχωρίσει τα ίδια τα πεδία των καλλιεργειών από τις αστικές περιοχές με σημαντικά ποσά αδιαπέραστων επιφάνειων που είναι φασματικά παρόμοια με το γυμνό έδαφος. Επίγειες παρατηρήσεις οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω GPS από περιοχές σε σχέση με τις περιοχές έρευνας αποτυπώθηκαν στην Landsat ETM + εικόνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των χώρων εκπαίδευσης όσον αφορά τη φασματική υπογραφή. Η εποπτευμένη ταξινόμηση για τις διάφορες κατηγορίες διενεργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέγιστη πιθανότητα για το τρόπο ταξινόμησής τους. Οι δομές δεδομένων (ράστερ και διάνυσμα) στο πακέτο ArcGis πρόσφεραν την πολύπλευρη φιλικότητα προς το χρήστη κατά την προετοιμασία των διάφορων βάσεων δεδομένων όπως τα θεματικά, τοπογραφικά, εδαφικά, τους χάρτες κάλυψης εδάφους και χρήσης του εδάφους καθώς επίσης και τις βάσεις δεδομένων ιδιοτήτων. Μερικές από τις σημαντικές ικανότητες του ανωτέρω πακέτου, οι οποίες είναι αναταξινομηση, επίστρωση και ψηφιοποίηση, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το μέρος της διαδικασίας, το οποίο εμφανίζεται στο σχήμα 2. Το λογισμικό GIS θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους αρμόδιους για το σχεδιασμό και την ανάλυση τέτοιων αλλαγών, , συνδυάζοντας τους χάρτες που προέρχονται από τις ταξινομημένες εικόνες από τα έτη 1986, 1999 έως 2008 και την ενσωμάτωση των πολλαπλών (χωρική και ιδιότητα) βάσεων δεδομένων.
Η ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων των πολλαπλών χρονικών χαρτών κάλυψης γης / χρήση ήταν ένας από τους στόχους αυτής της μελέτη και η επιτυχία (ή όχι) θα λειτουργήσει ως πιλοτική εφαρμοφή για άλλες περιοχές. Ο συνδυασμός αυτών των χαρτών με άλλους θεματικούς χάρτες, όπως του εδάφους, οδικό δίκτυο, χάρτες κινδύνων πυρκαγιάς, καθώς και χάρτες πυκνότητας βλάστησης θα δώσει απαντήσεις για τις αλλαγές των κατηγοριών κάλυψης εδάφους/χρήσης του εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις των λόγων των αλλαγών.

5 Αποτελέσματα
Η ανεξέλεγκτη μέθοδος ταξινόμησης των εικόνων που πραγματοποιείται πριν από την επιτόπια παρατήρηση, προκειμένου να καθοριστούν τα στρώματα για την επίγεια αλήθεια. Επιτόπια έρευνα για τη συλλογή δεδομένων για την κατάρτιση και την επικύρωση της ερμηνείας χρήσης του εδάφους/κάλυψης από τη δορυφορική εικόνα του 2008 και για την ποιοτική περιγραφή των χαρακτηριστικών της κάθε κατηγορίας κατηγορίας χρήσης του εδάφους/κάλυψης.
Οι χάρτες κάλυψη γης /χρήση γης του 1986, 1999 και 2008 παρήχθησαν με τη χρησιμοποίηση της εποπτευμένης τεχνικής ταξινόμησης εικόνας βασισμένης στη μέγιστη Ταξινομητή Πιθανότητα (MLC) και σε 832 δείγματα. Εικ.. 3 και Εικ. 4 παρουσιάζουν την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης των ετών 1986 και 2008.

Πίνακας 1 Οι περιοχές των κατηγοριών κάλυψης γης για τα έτη 1986, 1999 και 2008.
Πίνακας 2 Οικόπεδο κάλυψης / χρήσης γης αλλαγές μεταξύ 1986-1999, 1999-2008

Η Εικ. 5 αντιπροσωπεύει γραφικά τις παραπάνω αλλαγές. Για να αξιολογήσουμε τους χάρτες αλλαγής για το διάστημα του 1986 ως του 2008, επιλέξαμε τυχαία τις περιοχές και τις ταξιμομήσαμε με βάση μεταβολές και καμία μεταβολή/αλλαγή και καθορίσαμε εάν ήταν σωστά ταξινομημένες. Οι χάρτες έδειξαν ότι μεταξύ 1986 και 2008 το ποσό κωνοφόρων δασών αυξήθηκε 0.48% της συνολικής περιοχής, το δάσος πλατύφυλλων αυξήθηκε επίσης ως 2.28% ενώ η μικτή δασική έκταση παρουσίασε αύξηση 0.89% . Οι βοσκότοποι, οι αστικές περιοχές και άλλα παρουσίασαν αύξηση 0,48, 0,32 και 0,22% αντίστοιχα. Τα γεωργικά εδάφη αυξάνονται επίσης ως 3.29%, και τα λιβάδια 1.72%. Τα υδάτινα σώματα παρουσιάζονται μειωμένα κατά 6.25 και τα λιβάδια 1.78% αντίστοιχα (πίνακας 3). Οι εννέα κατηγορίες ταξινόμησης εμφανίζουν ακρίβεια κατά μέσο όρο 85% για τρία έτη. Η συνολική ακρίβεια των χαρτών αλλαγής της εδαφοκάλυψης, που παράγεται από τις μεθόδους ανίχνευσης αλλαγής μετα την ταξινόμηση και που αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορες προσεγγίσεις, έφθασε σε 88-91%. Η μέση ακρίβεια για τη χρήση του εδάφους κάλυψης εδάφους της εικόνας του 2008 ήταν 89.56% και η μέση αξιοπιστία 88.86% και η γενική ακρίβεια 90.68%. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της ταξινόμησης μια μήτρα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 ενός πίνακα των αλλαγών έχει χρησιμοποιηθεί (Πίνακας 4) για την εικόνα του 2008 και τα σημεία ελέγχου πεδίου. Επίσης, έχουν ερευνηθεί οι αλλαγές στην ποικιλομορφία του τοπίου και και τον τεμαχισμό ως συνάρτηση του χρόνου από 1986 - 2008, χρησιμοποιώντας τις Landsat ταξινομήσεις και τις μετρικές τοπίων (Εικ. 6). Η ποικιλομορφία των τοπίων έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, αλλά ο τεμαχισμός, κυρίως από κωνοφόρα και πλατύφυλλα δάση, έχει αυξηθεί ιδικά των κωνοφόρων και δασών πλατύφυλλων, έχει αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Οι χάρτες ταξινόμησης κάλυψη γης /χρήση γη θα εισαχθούν στα μοντέλα για την προσομοίωση και την πρόβλεψη της μελλοντικής ανάπτυξης. Προς το παρόν, το μοντέλο μετασχηματισμού εδάφους (LTM) έχει εφαρμοστεί, το οποίο χρησιμοποιεί αύξηση του πληθυσμού, παράγοντες μεταφοράς, εγγύτητα ή την πυκνότητα των σημαντικών χαρακτηριστικών του τοπίου, όπως ποτάμια, λίμνες, χώρους αναψυχής, και υψηλής ποιότητας οπτικές γωνίες, ως εισροές για να προβλέψει τις αλλαγές χρήσης γης. Το μοντέλο χρησιμοποιεί το ΓΠΣ και προσαρμοσμένα εργαλεία γεωχωρικών δεδομένων εδαφικά στοιχεία από τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδους (1999 και 2008), που είναι ιδιαίτερης σημασίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από την ιστορική αλλαγή χρήσης του εδάφους είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τις μελλοντικά τάσεις και τα σχέδια. Το μοντέλο επίσης χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων εκείνων που είναι σημαντικότεροι στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης εδάφους.

πίνακας 3
πίνακας 4

6 Συμπεράσματα
Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης συμπερασμάτων σε συνδυασμό με σύστημα ΓΠΣ μπορεί να δώσει αξιόπιστες πληροφορίες για την κάλυψη βλάστησης. Η ανάλυση της χωρικής έκτασης και της χρονικής αλλαγής της κάλυψης βλάστησης που χρησιμοποιούν αισθητά απομακρυσμένα δεδομένα είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή περιβαλλοντική διαχείριση. Η μελέτη έχει δείξει την πιθανή χρήση των στοιχείων τηλεπισκόπησης στη μελέτη της αλλαγής χρήσης του εδάφους/ κάλυψης εδάφους. Οι τεχνικές ΓΠΣ που ενσωματώνονται σε αυτήν την μελέτη έχουν αποδείξει πέραν πάσης αμφιβολίας τις ικανότητες χωρικής ανάλυσης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/ χρήσης, όπου εμφανίζονται, και προβάλλουν πιθανές μελλοντικές αλλαγές. Σε αυτήν την μελέτη εικόνες Landsat, χρησιμοποιήθηκαν ικανοποιητικά για τον προσδιορισμό των εννέα κατηγοριών. Παρατηρήθηκε ότι ορισμένες κατηγορίες στην υπό μελέτη περιοχή κατά τη διάρκεια του 1986 - 2008 μεταβλήθηκαν εντυπωσιακά.
Η μείωση στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα δάση και στα υδάτινα, είναι συνέπεια ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην υπό μελέτη περιοχή. Η αύξηση του μεγέθους των πόλεων, συχνά σε ποσοστά που υπερβαίνει το ποσοστό αύξησης του πληθυσμού, και και η συνοδευτική απώλεια των γεωργικών εδαφών, δασών και των υγροτόπων, η κλιμάκωση του κόστους των υποδομών, η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης, και τα υποβαθμισμένα περιβάλλοντα, δημιουργούν όλο και περισσότερες ανησυχίες στους πολίτες και τις δημόσιες υπηρεσίες που είναι αρμόδιες για το σχεδιασμό και τη διαχείριση της ανάπτυξης και της εξέλιξης. Οι πληροφορίες από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορούν να διαδραματίσουν έναν χρήσιμο ρόλο στην κατανόηση της φύσης των αλλαγών στην κάλυψη εδάφους/χρήσης, όπου εμφανίζονται, προβάλλοντας πιθανές μελλοντικές αλλαγές.
Συμπερασματικά, για την ανίχνευση μεταβολών σε περιοχές που βασίζονται σε ένα θέμα, π.χ. αύξηση του πληθυσμού, βλάστηση κλπ, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ετών τόσο με χωρικό όσο και με ποσοτικό τρόπο, το να ενσωματωθούν δεδομένα τηλεπισκόπησης και ΓΠΣ θα είναι χρήσιμο. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες στον προγραμματισμό για την ανάπτυξη και διατήρηση των φυσικών πόρων και του περιβάλλοντός μας, και απαιτείται από πολεοδόμους και τους πολίτες. Οι δορυφορικές προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης παρέχουν μια οικονομικώς αποδοτική εναλλακτική λύση όταν απαιτούνται περισσότερες πληροφορίες, αλλά οι προϋπολογισμοί μειώνονται.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T12:59:34Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης''' 
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | left | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.
Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''5. Συμπεράσματα'''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.


[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T12:58:21Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης''' 
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | left | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.
Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''5. Συμπεράσματα'''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.


[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΚΑΘΕΤΗ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΑ ΝΗΣΙΑ ANDAMAN ΑΝΙΧΝΕΥΜΕΝΗ ΑΠΟ ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ ΜΕΣΩ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΡΑΝΤΑΡ

2012-03-04T08:17:18Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: VERTICAL TECTONIC MOTION IN ANDAMAN ISLANDS DETECTED BY MULTI-TEMPORAL SATELLITE RADAR IMAGES''' 
'''Συγγραφείς:''' Parcharidis Is., Foumelis M. and Lekkas E. 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2007 
'''Πηγή: [http://geolib.geo.auth.gr/digeo/index.php/bgsg/article/view/4546/4365 http://geolib.geo.auth.gr/digeo/index.php/bgsg/article/view/4546/4365]'''

'''Περίληψη''' 

 Στις 26 Δεκεμβρίου 2004 ένας από τους ισχυρότερους καταγεγραμμένους σεισμούς Mw>9.0) έλαβε χώρα στην περιοχή Soumatra-Andaman. Η διάρρηξη έφτασε τα 1300km εκτεινόμενη από τη βόρεια Σουμάτρα έως το σύμπλεγμα νήσων του Andaman. Λόγω του περιορισμένου αριθμού των ενόργανων καταγραφών και της δυσκολίας υπαίθριων παρατηρήσεων, η συμβολή της τηλεπισκόπησης είναι ουσιαστική καθώς επιτρέπει τη συλλογή πληροφοριών σχετικά με την κατανομή της παραμόρφωσης στο χώρο και το χρόνο. Στην παρούσα εργασία, ASAR δεδομένα του δορυφορικού συστήματος ENVISAT υπέστησαν επεξεργασία προκειμένου να παραχθεί μια διαχρονική εικόνα, βάση της οποίας αναγνωρίσθηκαν κατακόρυφες τεκτονικές κινήσεις κατά μήκος της νήσου Andaman. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης, φαίνεται ότι τα βόρεια τμήματα της νήσου υπέστησαν γενικότερη ανύψωση. Παρόλο που οι ενδείξεις ανύψωσης ήταν εκτεταμένες στις ΒΔ ακτές της νήσου, κατά μήκος των δυτικών ακτών των κεντρικών και νότιων τμημάτων της υπήρξαν περιορισμένες. Σε ορισμένες περιπτώσεις κυρίως στα ΝΑ περιθώρια των Andaman αναγνωρίστηκαν φαινόμενα βύθισης. Η χαρακτηριστική ζώνωση που παρατηρείται στην διαχρονική εικόνα πιθανό να οφείλεται είτε στη μετα-σεισμική επαναφορά, είτε σε παλιρροϊκά φαινόμενα. Παρά τον ποιοτικό χαρακτήρα των παρατηρήσεων, εφόσον αναγνωρίζεται αποκλειστικά και μόνο η φορά της κίνησης, τέτοιου είδους δεδομένα δύναται να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετη πληροφορία σε μελέτες προσομοιώσεων της παραμόρφωσης. ''Λέξεις κλειδιά: Κατακόρυφες τεκτονικές κινήσεις, SAR απεικονίσεις, διαχρονικές εικόνες, Νήσοι Andaman.''

'''1. Εισαγωγή''' 

Στις 26 Δεκεμβρίου 2004 ένας από τους μεγαλύτερους σεισμούς που καταγράφηκε ποτέ από τη σύγχρονη σεισμολογία (Mw>9.0,) έγινε στη υποθαλάσσια ζώνη της Sumatra-Andaman, όπου η Ινδο-Αυστραλιανή πλάκα βυθίστηκε κάτω από τη βιρμανική . Αν και νότια της, το 2004, το τμήμα Sumatran - Sunda megathrust (περιοχή με σεισμούς που προέρχονται λόγω ότι μια τεκτονική πλάκα μπαίνει κάτω από την άλλη), έχει παραγάγει μεγάλους σεισμούς το 1797, το 1833 (M~9) και 1861 (M~8.5) (Newcomb & McCann 1987), δεν υπάρχει καμία άλλη ιστορική καταγραφή μεγάλου σεισμού (M≥8) που να προέρχεται από το Andaman-Nicobar και τη βόρεια περιοχή Sumatra, αν και σημαντικά γεγονότα έχουν εμφανιστεί το 1847 (M7.5), 1868, 1881 (M7.9) και το 1941 (M7.7). Οι μελέτες Paleaogeodetic βασισμένες στα αρχεία κοραλλιών δείχνουν ότι οι σεισμοί αυτού του μεγέθους εμφανίζονται σε αυτήν την περιοχή κάθε 200-300 έτη . Το επίκεντρο του κυρίου σεισμού βρέθηκε 40km ΒΔ του νησιού Simeulue σε 3.36°N, 96.0°E και σε 30k βάθος. Η επέκταση της ζώνη ρήξης, που έφθασε περίπου τα 1300km, συμπίπτει κατά προσέγγιση με την κατανομή του μετασεισμού.

[[Εικόνα: Vsa4_ek1.gif]] 
Σχήμα 1 - Χάρτης του νησιωτικού συμπλέγματος Andaman

Η ρήξη πήρε περίπου 500 δευτερόλεπτα για να μεταδοθεί από το επίκεντρο στη βόρεια Sumatra, στα βόρεια Νησιά Andaman, με μια ανομοιόμορφη ταχύτητα. Σύμφωνα με μερικούς ερευνητές ένα μεγάλο μέρος της ολίσθησης εμφανίστηκε στην περιοχή Andaman- Nicobar. Η μετασεισμική περίοδος μετά από τον κύριο σεισμό συνεχίστηκε για διάστημα τριών ωρών ακόμη. Επίσης, ευρήματα για την αργή ολίσθηση των πλακών προέκυψαν από περιφερειακές μετρήσεις GPS. Κατά τη διάρκεια των δύο μηνών που ακολούθησαν τον κύριο σεισμό, σχεδόν 1000 σεισμοί εμφανίστηκαν, ενώ άλλα περίπου 600 γεγονότα σύντομης “διάρκειας” εμφανίστηκαν από τις 27 έως τις 30 Ιανουαρίου 2005 με σχεδόν 100 από αυτούς να ήταν μεγέθους ≥5 (NEIC). Οι εστιακοί μηχανισμοί των μετασεισμικών δονήσεων υποδεικνύουν τόξο κανονικής συμπίεσης κατά μήκος του μετώπου καταβύθισης, καθώς και επέκατασης στην πίσω περιοχή του τόξου.

Στοιχεία από ποικίλες πηγές, κυρίως σεισμικά στοιχεία και στοιχεία GPS έχουν χρησιμοποιηθεί για να περιγράψουν την επίγεια παραμόρφωση που προκάλεσε ο σεισμός. Επιτόπιες παρατηρήσεις στην κοραλλιογενή μορφολογία, έχούν προσδιορίσει επίσης τις περιοχές των ακτών που μεταβλήθηκαν. Εντούτοις τέτοιες τεχνικές παρέχουν πληροφορίες για την τοπική παραμόρφωση, χωρίς όμως να μπορεί να περιγράψει κανείς τη συνολική παραμόρφωση. Η τηλεπισκόπηση θα μπορούσε να παρέχει σημαντικές πληροφορίες, ειδικά στην περίπτωση των αραιών οργανικών στοιχείων και όπου οι παρατηρήσεις πεδίων είναι δύσκολες. Στην παρούσα μελέτη, οι SAR εικόνες υποβλήθηκαν σε επεξεργασία, προκειμένου να ανιχνεύσουν περιοχές της σεισμικής ανόδου και καθόδου. Σαν συμπληρωματική πηγή πληροφοριών, χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες Landsat 7 ETM+ από τις επιλεγμένες ζώνες. Οι εικόνες SAR πάρθηκαν το χρονικό διάστημα από τον Ιουνίου του 2004 έως το Μαρτίου του 2005 και δεν ενσωματώνουν το μεγαλύτερο μετασεισμό που έγινε στις 28 Μαρτίου 2005 (MW 8.7).

Χρησιμοποιήθηκαν συνδυασμοί ζευγαριών των εικόνων SAR αντί της χρήσης τριών διαδοχικών όπως εφαρμόστηκαν στις προηγούμενες μελέτες. Το πλεονέκτημα της παρούσας τεχνικής είναι ότι η χωρική καθώς επίσης και χρονική συμπεριφορά της παραμόρφωσης μπορεί να εξερευνηθεί με μια ενιαία πολυχρονική εικόνα. Αν και η άνοδος και η κάθοδος μπορεί να ανιχνευθεί σε πολλές θέσεις, η μέθοδος που εφαρμόζεται είναι περιορισμένη και δεν δίνει ακριβή δεδομένα σε κατακόρυφες μετακινήσεις.

2. Περιφερειακή και τοπική επίγεια παραμόρφωση

[[Εικόνα: Vsa4_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2 - Γεωτεκτονική ρύθμιση της περιοχής Σουμάτρας-Ανταμάν . Κατά μήκος της βόριας πλευράς της τάφρου της Σουμάτρας-Ανταμάν φαίνεται αύξηση της ηλικίας του πυθμένα της θάλασσας (από Subarya et al. 2006). Τα τεκτονικά χαρακτηριστικά απλοποιήθηκαν από τους Natawidja et al. 2004 και Curray 2005.]]

Το τόξο Andaman-Δυτικού Sunda καθορίζει μια μακριά, σχεδόν 2200 χλμ, ζώνη καταβύθισης, που κινείται σχεδόν παράλληλα με την πλάκα στο Andamans. Η ηλικία της βυθιζόμενης πλάκας μεταξύ Sumatra στο νότο και Andaman στο Βορρά αυξάνεται από περίπου 60 σε 90 εκατομμύρια έτη , ένα γεγονός που μπορεί επίσης να έχει επιπτώσεις στη διαδικασία καταβύθισης. Αναλύοντας υποκεντρικά δεδομένα και διαθέσιμους μηχανισμούς που καλυπτουν την περίοδο από το 1964 ως το 1993, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι συμπιεστικές πιέσεις κυριαρχούν σε ολόκληρο το τόξο της βόρειας Sumatras, ενώ τονίζουν ότι συνθήκες ευελκισμού που επικρατούν στο πίσω τόξο εξαπλώνονται στη θαλάσσια περιοχή του Andaman. Η κατακόρυφη συνιστώσα της παραμόρφωσης εκφράζεται ως λέπτυνση του φλοιού στη θάλασσα του Andaman και πάχυνση του φλοιού κατά μήκος του τόξου της περιοχής. Παρόμοιοα αποτελέσματα παρουσιάζονται επίσης από άλλες έρευνες . Τα ανωτέρω αποτελέσματα είναι συνεπή με τη γενική τεκτονική της περιοχής .

Στη νότια Sumatra έχουμε σχεδόν ορθογώνια σύγκλιση με τα ποσοστά ολίσθησης περίπου 63 με 68mm/έτος, που μειώνεται σταθερά στο Βορρά και φθάνει κατά μήκος της Sumatra σε 45 mm/έτος για την κάθετο προς τη συνιστώσα τάφρο και 11-28mm/έτος για την παράλληλη. Στο Βορρά, όπου η τάφρος γίνεται παράλληλη στην κατεύθυνση της σχετικής πλάκας, τα λιγοστά δεδομένα δείχνουν σύγκλιση μεταξύ 14 και του 34mm/έτος.

Τα μεγέθη της παρατηρούμενης σεισμικής μετατόπισης σε όλους τους χώρους βεβαιώνουν ότι η ρήξη επεκτείνεται μέχρι το βόρειο Νησί του Andaman. Oι νότιες ομάδες νησιών έχουν να επιδείξουν μεγαλύτερη μετατόπιση έναντι του τμήματος του Andaman. Τα τοπικά δίκτυα GPS εμφανίζουν οριζόντια σεισμική μετατόπιση 1.5-6.5m στο Andamans, με χαμηλό εκτοπισμό 1.5-2m στο μέσο νησί Andaman. Οι ανωτέρω τιμές είναι σύμφωνες με άλλες παρατηρήσεις GPS (Ernest et al. 2005, Jain et al. 2005). Είναι ενδιαφέρον ότι παρατηρήθηκαν στατικές σεισμικές μετατοπίσεις >1mm, μέχρι και 7800km μακριά από το μεγάλο σεισμό της Sumatra-Andaman που χρησιμοποιεί τα σφαιρικά στοιχεία δικτύων GPS. 

Οι παρατηρήσεις πεδίων και οι εναέριες έρευνες πάνω από το Andaman, εμφανίζουν στοιχεία μιας διαδεδομένης ανόδου κατά μήκος της δυτικής ακτής και καθόδου στο ανατολικό τμήμα. Αυτό φανερώνεται κυρίως υπό μορφή ανυψωμένων γραμμών, θαλάσσιων και παράκτιων, και ανυψωμένων κοραλλιογενών υφάλων. Η σεισμική κάθοδος μειώνεται προς τα ανατολικά, διότι στο νησί Havelock δεν παρατηρήθηκε σημαντική αλλαγή. Προ και μετα-σεισμού έρευνες GPS δείχνουν την κάθετη μετατόπιση τόξου μήκους από - 1.36 έως +0.63 μ . Αξιοσημείωτη άνοδος παρατηρήθηκε στη βόρεια πλευρά του Andaman. Συγκεκριμένα στο Diglipur, όπου οι έρευνες GPS δείχνουν μια άνοδο 63cm, παρατηρήθηκε μια υποχώρηση από την ακτή περίπου 60-80cm, κατά μήκος των δυτικών ορίων του νησιού. Εντούτοις, οι κοραλλιογενείς μετρήσεις κοραλλιών μπορεί να είναι υπερβολικές λόγω της παλιρροιας. Ενώ ορισμένες περιοχές του μέσου Andaman, εμφανίζουν στοιχεία ανόδου, ο λιμένας Blair νοτιανατολικά του Andaman εμφανίζει στοιχεία καθόδου. Οι μετρήσεις της παρατηρηθείσας καθόδου δόθηκαν από τα αρχεία του μετρητή παλίρροιας και υπολογίστηκαν σε ~1m. Μακρύτερα στο νότο, σύμφωνα με τα παλιρροιακά στοιχεία, τα δυτικά τμήματα του νησιού Sentinel, ανυψωθηκαν περίπου 0.75m, ενώ το νησί Andaman δεν εμφανίζει καμία αλλαγή.

3. Δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν και επεξεργασία

''''' 3.1. Συλλογή δεδομένων '''''

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την επίτευξη των στόχων της παρούσας εργασίας, ενσωματώνουν εξ αποστάσεως αισθητήρες γήινης παρατήρησης συμπεριλαμβανομένου, 
(i) ένα σύνολο εικόνων ENVISAT ASAR IS2, με τη μορφή IMP, που καλύπτει ολόκληρο το νησί Andaman, πριν και μετά από το σεισμικό γεγονός. Τα χαρακτηριστικά των εικόνων ASAR είναι συνοψισμένα στον πίνακα 1. 
(ii) Landsat 7 ETM+ εικόνες από τις ορατές και κοντινές υπέρυθρες φασματικές ζώνες


Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά των εικόνων ENVISAT ASAR που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη. 
[[Εικόνα: Vsa4_pinakas1.gif]] 

'''''3.2. Βήματα επεξεργασίας'''''

[[Εικόνα: Vsa4_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3 - Εκχώρηση των χρωμάτων προσθέτου (RGB) στις εικόνες ENVISAT ASAR για να δημιουργηθεί μια πολυχρονική εικόνα SAR. Οι θέσεις 4, 5 και 6 φαίνονται επίσης.]]

 Οι εικόνες έντασης ASAR υποβλήθηκαν σε επεξεργασία μετά από τη δημιουργία ενός «παραθύρων» που περιλαμβάνει την περιοχής μελέτης, για τη ραδιομετρική διόρθωση και αύξηση. Η ένταση ενός μικροκύματος ανάδρομης διάξυσης εξαρτάται έντονα από την τραχύτητα της επιφάνειας. Το πρόβλημα που συνδέεται με τις εικόνες SAR, είναι ο θόρυβος στίγματος που προκαλείται από την τυχαία επίδραση πολλών μεμονωμένων ανακλαστήρων μέσα σε κάθε ένα εικονοστοιχείο. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι μια εικόνα με υφή «αλάτι και πιπέρι" που έχει δυσκολίες στην ερμηνεία της.
Προκειμένου να μειωθεί ο θόρυβος στίγματος χρησιμοποιήθηκαν διάφορα συγκεκριμένα φίλτρα. Σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιώντας το ενισχυμένο προσαρμοστικό φίλτρο του Lee με δύο διαδοχικά περάσματα του φίλτρου, που εφαρμόζει διαφορετικές παραμέτρους κάθε φορά, με πολλαπλασιαστή σίγμα (0.5 και 1.0) και μέγεθος παραθύρων (3x3 και 5x5). Για την εφαρμογή του φίλτρου υπολογίστηκε η συγκεκριμένη τιμή του ειδικού συντελεστής διακύμανσης της κάθε εικόνας, ενώ κάθε εικόνα ήταν διαιρεμένη σε τομείς τριών κλάσεων. Η πρώτη κλάση αντιστοιχεί στα ομοιογενή μπαλώματα εικόνας μέσω των όποιων το στίγμα μπορεί να αποβληθεί εύκολα, η δεύτερη κλάση αντιστοιχεί στα ετερογενή μπαλώματα εικόνας, των όποιων το στίγμα πρόκειται να μειωθεί συντηρώντας τη σύσταση και η τρίτη κλάση αντιστοιχεί στα μπαλώματα εικόνας που περιέχουν στόχους-σημεία για τους οποίους το φίλτρο πρέπει να συντηρήσει τις ήδη υπάρχουσες τιμές. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας ως αναφορά την προ-σεισμική εικόνα, οι σκηνές ήταν και γεωδαιτημένες . Δεδομένου ότι η ακρίβεια του coregistration μεταξύ των σκηνών SAR έχει μεγάλη σημασία, η αξία RMS του πολυωνυμικού μετασχηματισμού όλων των ζευγαριών ήταν αποφασιστικά λιγότερη από ένα εικονοστοιχείο.
Για να ανιχνεύσουν τους τομείς των αλλαγών οπισθοδιασποράς οι επεξεργασμένες σκηνές SAR συνδυάστηκαν για να παραγάγουν ενιαίες πολυχρονικές εικόνες. Η πολυχρονική εικόνα είναι απλά το αποτέλεσμα της έντασης της ανάθεσης- παραλλαγής των τριών επεξεργασμένων εικόνων SAR σε κάθε ένα από τα αρχικά χρώματα, για να διαμορφώσουν RGB σύνθεση εικόνας. Παραλλαγή έντασης της προ-σεισμικής εικόνας της 03/06/2004 (τροχιά 11810) εμφανίζεται στο μπλε, ενώ παραλλαγές των μετα-σεισμικών εικόνων της 30/12/2004 και 10/03/2005 (τροχιές 14816 και 15818) σε πράσινο και κόκκινο αντίστοιχα (σχήμα 3). Παραδείγματα για τις πρόσθετες διαδικασίες, για τις διαφορετικές περιοχές της Andaman δίνεται στα σχήματα 4, 5 και 6.
Επιπλέον των στοιχεία SAR, οι οπτικές δορυφορικές εικόνες χρησιμοποιήθηκαν ως συμπληρωματική πηγή πληροφορησης. Λόγω της φύσης των οπτικών στοιχείων, η δυνατότητά τους για την αναγνώριση της ανύψωσης είναι περιορισμένη. Κατά συνέπεια, χρησιμοποιήθηκαν μόνο για να τεκμηριώσουν την παρουσία κοραλλιογενών υφάλων κατά μήκος των ακτών. Εικόνες από το δορυφόρο Landsat 7 ETM+ που αποκτήθηκαν πριν από το σεισμό, συλλέχθηκαν και επεξέργαστηκαν. Φασματικές ζώνες του ορατού μέρους (ζώνη 1) του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (EMS) και οι μέσες υπέρυθρες ακτίνες (ζώνη 5) ερμηνεύθηκαν για να χαρτογραφήσουν τους κοραλλιογενείς υφάλους. Η δραματική διαφορά της φασματικής απόκρισης μεταξύ της μάζας ύδατος και του εδάφους (κοραλλιογενείς ύφαλοι) σε αυτά τα δύο μέρη του EMS, ήταν κριτήριο για την παρουσία ή όχι των κοραλλιογενών υφάλων.

4. Αποτελέσματα και συζήτηση

 Η ανάλυση των δορυφορικών εικόνων ραντάρ, έδειξε ότι οι παράκτιες περιοχές δέχτηκαν μετασεισμική κάθετη παραμόρφωση. Η παρουσίαση χρώματος στην παραγόμενη πολυχρονική εικόνα οφείλεται σε αλλαγές στους συντελεστές backscattering μεταξύ των ημερομηνιών της απόκτησης των τριών SAR εικόνων. Οι αλλαγές των backscattering σημάτων θα μπορούσαν σε αυτήν την περίπτωση να αποδοθούν στην αλλαγή που προκλήθηκε από το σεισμό ή/και στα δευτεροβάθμια φαινόμενα (π.χ. κατακλυσμός tsunami). Αυτές οι αλλαγές αυξάνουν ή μειώνουν την ένταση αντανάκλασης των εικόνων SAR. Η παράκτια πολύχρωμη απεικόνιση της πολυχρονικής εικόνα, παράγεται κυρίως από τις διαφορές μεταξύ των τριών καταστάσεων. Όπου τα χαρακτηριστικά εδάφους παραμένουν σταθερά, αυτές οι περιοχές εμφανίζονται με διάφορα επίπεδα του γκρι.

Σύμφωνα με τις επιλεγμένες RGB συνθέσεις (σχήμα 3), οι περιοχές που υποβάλλονται σε θετικές ανυψώσεις, οι αλλαγές (άνοδος) εμφανίζονται με παραλλαγές πράσινου, ενώ οι περιοχές με καθίζηση (downlift) εκφράζονται με παραλλαγές του μπλε. Ανυψώσει ανιχνεύθηκε στα βόρεια μέρη του Andaman και στο νησί Land Fall (σχήμα 4) όπως επίσης παρατηρήθηκε κατά μήκος του δυτικού Andaman και στο νησί Interview (σχήμα 5). Εντούτοις, τα σημάδια της ανόδου γίνονται λιγότερο εμφανή κατά μήκος των δυτικών ακτών του κεντρικού και του νότιου Andaman. Αφ' ενός μερικές περιοχές, κυρίως στα νοτιοανατολικά του νησιού, εμφανίζουν σημάδια καθίζησης. Χαρακτηριστική περίπτωση, είναι η περιοχή του λιμένα Blair (σχήμα 6) όπου οι επιτόπιες παρατηρήσεις δείχνουν ότι η αλλαγή αυτή έφτασε σχεδόν 1m. Όλα τα ανωτέρω αποτελέσματα είναι σε συμφωνία με τις παλιρροιακές παρατηρήσεις που αναφέρθηκαν σε προηγούμενο κεφάλαιο.

[[Εικόνα: Vsa4_ek4.jpg | center]]
Σχήμα 4 - Αλλαγές στην ακτογραμμή των νησιών του Βόρεια Ανταμάν και του Land Fall που σχετίζονται με τη προσεισμική και μετασεισμική παραμόρφωση λόγω του σεισμού του Δεκεμβρίου του 2004. Πολυχρονικές εικόνες SAR (4α-γ) και Landsat ΕΤΜ μπάντας 1 (4β). Παραλλαγές του πράσινου αντιστοιχούν σε περιοχές που ανυψώθηκαν λόγω του σεισμού και οι κίτρινο προσθήκες σε περιοχές εξακολουθούν να είναι ενεργές τρεις μήνες περίπου μετά το κύριο γεγονός.

[[Εικόνα: Vsa4_ek5.jpg | center]]
Σχήμα 5 - Παράδειγμα της κάθετης παραμόρφωσης κατά μήκος του νησιού Interview. Πολυχρονικές εικόνες SAR (5α) και Landsat ETM + μπάντας 1 και 5 (5β και 5γ, αντίστοιχα).

[[Εικόνα: Vsa4_ek6.jpg | center]]
Σχήμα 6 - Εντοπίστηκε καθίζηση στο Πορτ Μπλερ, που βρίσκεται στο ΝΑ τμήμα του νησιού Andaman. Πολυχρονική εικόνα SAR (6α) και Landsat ETM + μπάντας 1 (6β). Παραλλαγές του μπλε αντιπροσωπεύουν περιοχές με βύθιση που οφείλεται σε τεκτονική κίνηση λόγο του σεισμού της Σουμάτρας-Ανταμάν που έγινε το 2004. 

[[Εικόνα: Vsa4_ek7.jpg | thumb | right | Σχήμα 7 - Εντοπίστηκαν αλλαγές στο υψόμετρο (ανύψωση ή καθίζηση) κατά μήκος των ακτογραμμών του νησιού Ανταμάν, που προέρχεται από δεδομένα του ENVISAT ASAR. Προβολή σε UTM WGS'84 Ζώνη 34 Βόρεια.]]

Αν και η άνοδος πρέπει να αποδοθεί στην παραμόρφωση μετά από το βασικό σεισμικό γεγονός, τα φαινόμενα καθίζησης πρέπει να εξεταστούν προσεκτικότερα, δεδομένου ότι μπορούν επίσης να προκληθούν από παράκτια διάβρωση από tsunami. Εντούτοις, κανένας κατακλυσμός tsunami, τουλάχιστον ανατολικά των νησιών, δεν έχει αναφερθεί. Αναλυτικός χάρτης που εμφανίζει το χωρικό πρότυπο της ανιχνευόμενης κατακορύφης κίνησης σχετικά με το σεισμό Sumatra-Andaman στο Andamans παρουσιάζεται στο σχήμα 7. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο προσδιορισμός των ανυψωμένων ακτών επιτεύχθηκε λόγω του χαμηλού βάθους του νερού και της παρουσίας κοραλλιογενών υφάλων, όπως αποκαλύπτεται από τα οπτικά δορυφορικά δεδομένα. Τέτοιες παράμετροι ελέγχουν την έκταση της έκθεσης του εδάφους που ακολουθούν τις κάθετες τεκτονικές μετακινήσεις.


Μεγάλη σημασία έχει η ζώνη που εμφανίζεται στην πολυχρονική εικόνα και που εκφράζεται ως εσωτερική κίτρινη ζώνη μεταξύ της παλαιάς προ-σεισμικής ακτής και των ανυψωμένων περιοχών που παρουσιάζονται με πράσινο. Τέτοια κίτρινα μπαλώματα είναι το αποτέλεσμα κόκκινης και πράσινης πρόσθετης διαδικασίας και αντιστοιχούν στις διαφορές από την ένταση ανάδρομης διάξυσης μεταξύ των δύο μετα-σεισμικών σκηνών SAR. Φαίνεται ότι μια ευρεία περιοχή της ακτής ανυψώθηκε αμέσως μετά από το βασικό σεισμικό γεγονός, αλλά δεν ακολούθησαν όλα τα εκτεθειμένα κοράλλια και ακολούθησε μόνο μια στενότερη ζώνη κοντά στην προ-σεισμική ακτή. (Σχήματα 4, 5 & 6). Οι πιθανές εξηγήσεις περιλαμβάνουν είτε την πιθανότητα της μετα-σεισμικής χαλάρωσης, των αρχικά ανυψωμένων περιοχών, είτε την αύξηση της στάθμης της θάλασσας λόγω των παλιρροιακών φαινομένων. Είναι προφανές ότι σημαντική πηγή σφάλματος, είναι οι παλιρροιακές διαφορές των επιπέδων μεταξύ των χρόνων αποκτήσεων των καλολογικών στοιχείων SAR. Σε κάθε περίπτωση, τοπικές μετρήσεις GPS και παλιρροιακά δεδομένα για τη μετα-σεισμική περίοδο, απαιτούνται προκειμένου να εξηγηθεί επακριβώς η παρατηρηθείσα ζώνη.

Το δεδομένα από τα μικροκυμάτα αποδείχθηκαν ένα άριστο εργαλείο αξιολόγησης των σχετικών αλλαγών των δύο ακτών, τόσο σε χωρική όσο και χρονική διάσταση. Αντίθετα στις οπτικές δορυφορικές εικόνες, τέτοια στοιχεία προσφέρουν το πλεονέκτημα της διείσδυσης και ανάδρομης διάξυσης. Ανεξάρτητα της ποιοτικής φύσης, δεδομένου ότι μόνο το σημάδι της αλλαγής ανύψωσης μπορεί να ανιχνευθεί, η αποκαλυφθείσα επισκόπηση της ανόδου και το πρότυπο βύθισης, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως περιορισμός στην έρευνα μοντέλων παραμόρφωσης. 

[[category:Γεωλογική χαρτογράφιση]]

ΚΑΘΕΤΗ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΑ ΝΗΣΙΑ ANDAMAN ΑΝΙΧΝΕΥΜΕΝΗ ΑΠΟ ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ ΜΕΣΩ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΡΑΝΤΑΡ

2012-03-04T08:14:50Z

Vskarogiannis:

'''Πρωτότυπος τίτλος: VERTICAL TECTONIC MOTION IN ANDAMAN ISLANDS DETECTED BY MULTI-TEMPORAL SATELLITE RADAR IMAGES''' 
'''Συγγραφείς:''' Parcharidis Is., Foumelis M. and Lekkas E. 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2007 
'''Πηγή: [http://geolib.geo.auth.gr/digeo/index.php/bgsg/article/view/4546/4365 http://geolib.geo.auth.gr/digeo/index.php/bgsg/article/view/4546/4365]'''

'''Περίληψη''' 

 Στις 26 Δεκεμβρίου 2004 ένας από τους ισχυρότερους καταγεγραμμένους σεισμούς Mw>9.0) έλαβε χώρα στην περιοχή Soumatra-Andaman. Η διάρρηξη έφτασε τα 1300km εκτεινόμενη από τη βόρεια Σουμάτρα έως το σύμπλεγμα νήσων του Andaman. Λόγω του περιορισμένου αριθμού των ενόργανων καταγραφών και της δυσκολίας υπαίθριων παρατηρήσεων, η συμβολή της τηλεπισκόπησης είναι ουσιαστική καθώς επιτρέπει τη συλλογή πληροφοριών σχετικά με την κατανομή της παραμόρφωσης στο χώρο και το χρόνο. Στην παρούσα εργασία, ASAR δεδομένα του δορυφορικού συστήματος ENVISAT υπέστησαν επεξεργασία προκειμένου να παραχθεί μια διαχρονική εικόνα, βάση της οποίας αναγνωρίσθηκαν κατακόρυφες τεκτονικές κινήσεις κατά μήκος της νήσου Andaman. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης, φαίνεται ότι τα βόρεια τμήματα της νήσου υπέστησαν γενικότερη ανύψωση. Παρόλο που οι ενδείξεις ανύψωσης ήταν εκτεταμένες στις ΒΔ ακτές της νήσου, κατά μήκος των δυτικών ακτών των κεντρικών και νότιων τμημάτων της υπήρξαν περιορισμένες. Σε ορισμένες περιπτώσεις κυρίως στα ΝΑ περιθώρια των Andaman αναγνωρίστηκαν φαινόμενα βύθισης. Η χαρακτηριστική ζώνωση που παρατηρείται στην διαχρονική εικόνα πιθανό να οφείλεται είτε στη μετα-σεισμική επαναφορά, είτε σε παλιρροϊκά φαινόμενα. Παρά τον ποιοτικό χαρακτήρα των παρατηρήσεων, εφόσον αναγνωρίζεται αποκλειστικά και μόνο η φορά της κίνησης, τέτοιου είδους δεδομένα δύναται να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετη πληροφορία σε μελέτες προσομοιώσεων της παραμόρφωσης. ''Λέξεις κλειδιά: Κατακόρυφες τεκτονικές κινήσεις, SAR απεικονίσεις, διαχρονικές εικόνες, Νήσοι Andaman.''

'''1. Εισαγωγή''' 

Στις 26 Δεκεμβρίου 2004 ένας από τους μεγαλύτερους σεισμούς που καταγράφηκε ποτέ από τη σύγχρονη σεισμολογία (Mw>9.0,) έγινε στη υποθαλάσσια ζώνη της Sumatra-Andaman, όπου η Ινδο-Αυστραλιανή πλάκα βυθίστηκε κάτω από τη βιρμανική . Αν και νότια της, το 2004, το τμήμα Sumatran - Sunda megathrust (περιοχή με σεισμούς που προέρχονται λόγω ότι μια τεκτονική πλάκα μπαίνει κάτω από την άλλη), έχει παραγάγει μεγάλους σεισμούς το 1797, το 1833 (M~9) και 1861 (M~8.5) (Newcomb & McCann 1987), δεν υπάρχει καμία άλλη ιστορική καταγραφή μεγάλου σεισμού (M≥8) που να προέρχεται από το Andaman-Nicobar και τη βόρεια περιοχή Sumatra, αν και σημαντικά γεγονότα έχουν εμφανιστεί το 1847 (M7.5), 1868, 1881 (M7.9) και το 1941 (M7.7). Οι μελέτες Paleaogeodetic βασισμένες στα αρχεία κοραλλιών δείχνουν ότι οι σεισμοί αυτού του μεγέθους εμφανίζονται σε αυτήν την περιοχή κάθε 200-300 έτη . Το επίκεντρο του κυρίου σεισμού βρέθηκε 40km ΒΔ του νησιού Simeulue σε 3.36°N, 96.0°E και σε 30k βάθος. Η επέκταση της ζώνη ρήξης, που έφθασε περίπου τα 1300km, συμπίπτει κατά προσέγγιση με την κατανομή του μετασεισμού.

[[Εικόνα: Vsa4_ek1.gif]] 
Σχήμα 1 - Χάρτης του νησιωτικού συμπλέγματος Andaman

Η ρήξη πήρε περίπου 500 δευτερόλεπτα για να μεταδοθεί από το επίκεντρο στη βόρεια Sumatra, στα βόρεια Νησιά Andaman, με μια ανομοιόμορφη ταχύτητα. Σύμφωνα με μερικούς ερευνητές ένα μεγάλο μέρος της ολίσθησης εμφανίστηκε στην περιοχή Andaman- Nicobar. Η μετασεισμική περίοδος μετά από τον κύριο σεισμό συνεχίστηκε για διάστημα τριών ωρών ακόμη. Επίσης, ευρήματα για την αργή ολίσθηση των πλακών προέκυψαν από περιφερειακές μετρήσεις GPS. Κατά τη διάρκεια των δύο μηνών που ακολούθησαν τον κύριο σεισμό, σχεδόν 1000 σεισμοί εμφανίστηκαν, ενώ άλλα περίπου 600 γεγονότα σύντομης “διάρκειας” εμφανίστηκαν από τις 27 έως τις 30 Ιανουαρίου 2005 με σχεδόν 100 από αυτούς να ήταν μεγέθους ≥5 (NEIC). Οι εστιακοί μηχανισμοί των μετασεισμικών δονήσεων υποδεικνύουν τόξο κανονικής συμπίεσης κατά μήκος του μετώπου καταβύθισης, καθώς και επέκατασης στην πίσω περιοχή του τόξου.

Στοιχεία από ποικίλες πηγές, κυρίως σεισμικά στοιχεία και στοιχεία GPS έχουν χρησιμοποιηθεί για να περιγράψουν την επίγεια παραμόρφωση που προκάλεσε ο σεισμός. Επιτόπιες παρατηρήσεις στην κοραλλιογενή μορφολογία, έχούν προσδιορίσει επίσης τις περιοχές των ακτών που μεταβλήθηκαν. Εντούτοις τέτοιες τεχνικές παρέχουν πληροφορίες για την τοπική παραμόρφωση, χωρίς όμως να μπορεί να περιγράψει κανείς τη συνολική παραμόρφωση. Η τηλεπισκόπηση θα μπορούσε να παρέχει σημαντικές πληροφορίες, ειδικά στην περίπτωση των αραιών οργανικών στοιχείων και όπου οι παρατηρήσεις πεδίων είναι δύσκολες. Στην παρούσα μελέτη, οι SAR εικόνες υποβλήθηκαν σε επεξεργασία, προκειμένου να ανιχνεύσουν περιοχές της σεισμικής ανόδου και καθόδου. Σαν συμπληρωματική πηγή πληροφοριών, χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες Landsat 7 ETM+ από τις επιλεγμένες ζώνες. Οι εικόνες SAR πάρθηκαν το χρονικό διάστημα από τον Ιουνίου του 2004 έως το Μαρτίου του 2005 και δεν ενσωματώνουν το μεγαλύτερο μετασεισμό που έγινε στις 28 Μαρτίου 2005 (MW 8.7).

Χρησιμοποιήθηκαν συνδυασμοί ζευγαριών των εικόνων SAR αντί της χρήσης τριών διαδοχικών όπως εφαρμόστηκαν στις προηγούμενες μελέτες. Το πλεονέκτημα της παρούσας τεχνικής είναι ότι η χωρική καθώς επίσης και χρονική συμπεριφορά της παραμόρφωσης μπορεί να εξερευνηθεί με μια ενιαία πολυχρονική εικόνα. Αν και η άνοδος και η κάθοδος μπορεί να ανιχνευθεί σε πολλές θέσεις, η μέθοδος που εφαρμόζεται είναι περιορισμένη και δεν δίνει ακριβή δεδομένα σε κατακόρυφες μετακινήσεις.

2. Περιφερειακή και τοπική επίγεια παραμόρφωση

[[Εικόνα: Vsa4_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2 - Γεωτεκτονική ρύθμιση της περιοχής Σουμάτρας-Ανταμάν . Κατά μήκος της βόριας πλευράς της τάφρου της Σουμάτρας-Ανταμάν φαίνεται αύξηση της ηλικίας του πυθμένα της θάλασσας (από Subarya et al. 2006). Τα τεκτονικά χαρακτηριστικά απλοποιήθηκαν από τους Natawidja et al. 2004 και Curray 2005.]]

Το τόξο Andaman-Δυτικού Sunda καθορίζει μια μακριά, σχεδόν 2200 χλμ, ζώνη καταβύθισης, που κινείται σχεδόν παράλληλα με την πλάκα στο Andamans. Η ηλικία της βυθιζόμενης πλάκας μεταξύ Sumatra στο νότο και Andaman στο Βορρά αυξάνεται από περίπου 60 σε 90 εκατομμύρια έτη , ένα γεγονός που μπορεί επίσης να έχει επιπτώσεις στη διαδικασία καταβύθισης. Αναλύοντας υποκεντρικά δεδομένα και διαθέσιμους μηχανισμούς που καλυπτουν την περίοδο από το 1964 ως το 1993, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι συμπιεστικές πιέσεις κυριαρχούν σε ολόκληρο το τόξο της βόρειας Sumatras, ενώ τονίζουν ότι συνθήκες ευελκισμού που επικρατούν στο πίσω τόξο εξαπλώνονται στη θαλάσσια περιοχή του Andaman. Η κατακόρυφη συνιστώσα της παραμόρφωσης εκφράζεται ως λέπτυνση του φλοιού στη θάλασσα του Andaman και πάχυνση του φλοιού κατά μήκος του τόξου της περιοχής. Παρόμοιοα αποτελέσματα παρουσιάζονται επίσης από άλλες έρευνες . Τα ανωτέρω αποτελέσματα είναι συνεπή με τη γενική τεκτονική της περιοχής .

Στη νότια Sumatra έχουμε σχεδόν ορθογώνια σύγκλιση με τα ποσοστά ολίσθησης περίπου 63 με 68mm/έτος, που μειώνεται σταθερά στο Βορρά και φθάνει κατά μήκος της Sumatra σε 45 mm/έτος για την κάθετο προς τη συνιστώσα τάφρο και 11-28mm/έτος για την παράλληλη. Στο Βορρά, όπου η τάφρος γίνεται παράλληλη στην κατεύθυνση της σχετικής πλάκας, τα λιγοστά δεδομένα δείχνουν σύγκλιση μεταξύ 14 και του 34mm/έτος.

Τα μεγέθη της παρατηρούμενης σεισμικής μετατόπισης σε όλους τους χώρους βεβαιώνουν ότι η ρήξη επεκτείνεται μέχρι το βόρειο Νησί του Andaman. Oι νότιες ομάδες νησιών έχουν να επιδείξουν μεγαλύτερη μετατόπιση έναντι του τμήματος του Andaman. Τα τοπικά δίκτυα GPS εμφανίζουν οριζόντια σεισμική μετατόπιση 1.5-6.5m στο Andamans, με χαμηλό εκτοπισμό 1.5-2m στο μέσο νησί Andaman. Οι ανωτέρω τιμές είναι σύμφωνες με άλλες παρατηρήσεις GPS (Ernest et al. 2005, Jain et al. 2005). Είναι ενδιαφέρον ότι παρατηρήθηκαν στατικές σεισμικές μετατοπίσεις >1mm, μέχρι και 7800km μακριά από το μεγάλο σεισμό της Sumatra-Andaman που χρησιμοποιεί τα σφαιρικά στοιχεία δικτύων GPS. 

Οι παρατηρήσεις πεδίων και οι εναέριες έρευνες πάνω από το Andaman, εμφανίζουν στοιχεία μιας διαδεδομένης ανόδου κατά μήκος της δυτικής ακτής και καθόδου στο ανατολικό τμήμα. Αυτό φανερώνεται κυρίως υπό μορφή ανυψωμένων γραμμών, θαλάσσιων και παράκτιων, και ανυψωμένων κοραλλιογενών υφάλων. Η σεισμική κάθοδος μειώνεται προς τα ανατολικά, διότι στο νησί Havelock δεν παρατηρήθηκε σημαντική αλλαγή. Προ και μετα-σεισμού έρευνες GPS δείχνουν την κάθετη μετατόπιση τόξου μήκους από - 1.36 έως +0.63 μ . Αξιοσημείωτη άνοδος παρατηρήθηκε στη βόρεια πλευρά του Andaman. Συγκεκριμένα στο Diglipur, όπου οι έρευνες GPS δείχνουν μια άνοδο 63cm, παρατηρήθηκε μια υποχώρηση από την ακτή περίπου 60-80cm, κατά μήκος των δυτικών ορίων του νησιού. Εντούτοις, οι κοραλλιογενείς μετρήσεις κοραλλιών μπορεί να είναι υπερβολικές λόγω της παλιρροιας. Ενώ ορισμένες περιοχές του μέσου Andaman, εμφανίζουν στοιχεία ανόδου, ο λιμένας Blair νοτιανατολικά του Andaman εμφανίζει στοιχεία καθόδου. Οι μετρήσεις της παρατηρηθείσας καθόδου δόθηκαν από τα αρχεία του μετρητή παλίρροιας και υπολογίστηκαν σε ~1m. Μακρύτερα στο νότο, σύμφωνα με τα παλιρροιακά στοιχεία, τα δυτικά τμήματα του νησιού Sentinel, ανυψωθηκαν περίπου 0.75m, ενώ το νησί Andaman δεν εμφανίζει καμία αλλαγή.

3. Δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν και επεξεργασία

 3.1. Συλλογή δεδομένων 

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την επίτευξη των στόχων της παρούσας εργασίας, ενσωματώνουν εξ αποστάσεως αισθητήρες γήινης παρατήρησης συμπεριλαμβανομένου, 
(i) ένα σύνολο εικόνων ENVISAT ASAR IS2, με τη μορφή IMP, που καλύπτει ολόκληρο το νησί Andaman, πριν και μετά από το σεισμικό γεγονός. Τα χαρακτηριστικά των εικόνων ASAR είναι συνοψισμένα στον πίνακα 1. 
(ii) Landsat 7 ETM+ εικόνες από τις ορατές και κοντινές υπέρυθρες φασματικές ζώνες


Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά των εικόνων ENVISAT ASAR που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη. 
[[Εικόνα: Vsa4_pinakas1.gif]] 

3.2. Βήματα επεξεργασίας

[[Εικόνα: Vsa4_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3 - Εκχώρηση των χρωμάτων προσθέτου (RGB) στις εικόνες ENVISAT ASAR για να δημιουργηθεί μια πολυχρονική εικόνα SAR. Οι θέσεις 4, 5 και 6 φαίνονται επίσης.]]

 Οι εικόνες έντασης ASAR υποβλήθηκαν σε επεξεργασία μετά από τη δημιουργία ενός «παραθύρων» που περιλαμβάνει την περιοχής μελέτης, για τη ραδιομετρική διόρθωση και αύξηση. Η ένταση ενός μικροκύματος ανάδρομης διάξυσης εξαρτάται έντονα από την τραχύτητα της επιφάνειας. Το πρόβλημα που συνδέεται με τις εικόνες SAR, είναι ο θόρυβος στίγματος που προκαλείται από την τυχαία επίδραση πολλών μεμονωμένων ανακλαστήρων μέσα σε κάθε ένα εικονοστοιχείο. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι μια εικόνα με υφή «αλάτι και πιπέρι" που έχει δυσκολίες στην ερμηνεία της.
Προκειμένου να μειωθεί ο θόρυβος στίγματος χρησιμοποιήθηκαν διάφορα συγκεκριμένα φίλτρα. Σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιώντας το ενισχυμένο προσαρμοστικό φίλτρο του Lee με δύο διαδοχικά περάσματα του φίλτρου, που εφαρμόζει διαφορετικές παραμέτρους κάθε φορά, με πολλαπλασιαστή σίγμα (0.5 και 1.0) και μέγεθος παραθύρων (3x3 και 5x5). Για την εφαρμογή του φίλτρου υπολογίστηκε η συγκεκριμένη τιμή του ειδικού συντελεστής διακύμανσης της κάθε εικόνας, ενώ κάθε εικόνα ήταν διαιρεμένη σε τομείς τριών κλάσεων. Η πρώτη κλάση αντιστοιχεί στα ομοιογενή μπαλώματα εικόνας μέσω των όποιων το στίγμα μπορεί να αποβληθεί εύκολα, η δεύτερη κλάση αντιστοιχεί στα ετερογενή μπαλώματα εικόνας, των όποιων το στίγμα πρόκειται να μειωθεί συντηρώντας τη σύσταση και η τρίτη κλάση αντιστοιχεί στα μπαλώματα εικόνας που περιέχουν στόχους-σημεία για τους οποίους το φίλτρο πρέπει να συντηρήσει τις ήδη υπάρχουσες τιμές. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας ως αναφορά την προ-σεισμική εικόνα, οι σκηνές ήταν και γεωδαιτημένες . Δεδομένου ότι η ακρίβεια του coregistration μεταξύ των σκηνών SAR έχει μεγάλη σημασία, η αξία RMS του πολυωνυμικού μετασχηματισμού όλων των ζευγαριών ήταν αποφασιστικά λιγότερη από ένα εικονοστοιχείο.
Για να ανιχνεύσουν τους τομείς των αλλαγών οπισθοδιασποράς οι επεξεργασμένες σκηνές SAR συνδυάστηκαν για να παραγάγουν ενιαίες πολυχρονικές εικόνες. Η πολυχρονική εικόνα είναι απλά το αποτέλεσμα της έντασης της ανάθεσης- παραλλαγής των τριών επεξεργασμένων εικόνων SAR σε κάθε ένα από τα αρχικά χρώματα, για να διαμορφώσουν RGB σύνθεση εικόνας. Παραλλαγή έντασης της προ-σεισμικής εικόνας της 03/06/2004 (τροχιά 11810) εμφανίζεται στο μπλε, ενώ παραλλαγές των μετα-σεισμικών εικόνων της 30/12/2004 και 10/03/2005 (τροχιές 14816 και 15818) σε πράσινο και κόκκινο αντίστοιχα (σχήμα 3). Παραδείγματα για τις πρόσθετες διαδικασίες, για τις διαφορετικές περιοχές της Andaman δίνεται στα σχήματα 4, 5 και 6.
Επιπλέον των στοιχεία SAR, οι οπτικές δορυφορικές εικόνες χρησιμοποιήθηκαν ως συμπληρωματική πηγή πληροφορησης. Λόγω της φύσης των οπτικών στοιχείων, η δυνατότητά τους για την αναγνώριση της ανύψωσης είναι περιορισμένη. Κατά συνέπεια, χρησιμοποιήθηκαν μόνο για να τεκμηριώσουν την παρουσία κοραλλιογενών υφάλων κατά μήκος των ακτών. Εικόνες από το δορυφόρο Landsat 7 ETM+ που αποκτήθηκαν πριν από το σεισμό, συλλέχθηκαν και επεξέργαστηκαν. Φασματικές ζώνες του ορατού μέρους (ζώνη 1) του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (EMS) και οι μέσες υπέρυθρες ακτίνες (ζώνη 5) ερμηνεύθηκαν για να χαρτογραφήσουν τους κοραλλιογενείς υφάλους. Η δραματική διαφορά της φασματικής απόκρισης μεταξύ της μάζας ύδατος και του εδάφους (κοραλλιογενείς ύφαλοι) σε αυτά τα δύο μέρη του EMS, ήταν κριτήριο για την παρουσία ή όχι των κοραλλιογενών υφάλων.

4. Αποτελέσματα και συζήτηση

 Η ανάλυση των δορυφορικών εικόνων ραντάρ, έδειξε ότι οι παράκτιες περιοχές δέχτηκαν μετασεισμική κάθετη παραμόρφωση. Η παρουσίαση χρώματος στην παραγόμενη πολυχρονική εικόνα οφείλεται σε αλλαγές στους συντελεστές backscattering μεταξύ των ημερομηνιών της απόκτησης των τριών SAR εικόνων. Οι αλλαγές των backscattering σημάτων θα μπορούσαν σε αυτήν την περίπτωση να αποδοθούν στην αλλαγή που προκλήθηκε από το σεισμό ή/και στα δευτεροβάθμια φαινόμενα (π.χ. κατακλυσμός tsunami). Αυτές οι αλλαγές αυξάνουν ή μειώνουν την ένταση αντανάκλασης των εικόνων SAR. Η παράκτια πολύχρωμη απεικόνιση της πολυχρονικής εικόνα, παράγεται κυρίως από τις διαφορές μεταξύ των τριών καταστάσεων. Όπου τα χαρακτηριστικά εδάφους παραμένουν σταθερά, αυτές οι περιοχές εμφανίζονται με διάφορα επίπεδα του γκρι.

Σύμφωνα με τις επιλεγμένες RGB συνθέσεις (σχήμα 3), οι περιοχές που υποβάλλονται σε θετικές ανυψώσεις, οι αλλαγές (άνοδος) εμφανίζονται με παραλλαγές πράσινου, ενώ οι περιοχές με καθίζηση (downlift) εκφράζονται με παραλλαγές του μπλε. Ανυψώσει ανιχνεύθηκε στα βόρεια μέρη του Andaman και στο νησί Land Fall (σχήμα 4) όπως επίσης παρατηρήθηκε κατά μήκος του δυτικού Andaman και στο νησί Interview (σχήμα 5). Εντούτοις, τα σημάδια της ανόδου γίνονται λιγότερο εμφανή κατά μήκος των δυτικών ακτών του κεντρικού και του νότιου Andaman. Αφ' ενός μερικές περιοχές, κυρίως στα νοτιοανατολικά του νησιού, εμφανίζουν σημάδια καθίζησης. Χαρακτηριστική περίπτωση, είναι η περιοχή του λιμένα Blair (σχήμα 6) όπου οι επιτόπιες παρατηρήσεις δείχνουν ότι η αλλαγή αυτή έφτασε σχεδόν 1m. Όλα τα ανωτέρω αποτελέσματα είναι σε συμφωνία με τις παλιρροιακές παρατηρήσεις που αναφέρθηκαν σε προηγούμενο κεφάλαιο.

[[Εικόνα: Vsa4_ek4.jpg | center]]
Σχήμα 4 - Αλλαγές στην ακτογραμμή των νησιών του Βόρεια Ανταμάν και του Land Fall που σχετίζονται με τη προσεισμική και μετασεισμική παραμόρφωση λόγω του σεισμού του Δεκεμβρίου του 2004. Πολυχρονικές εικόνες SAR (4α-γ) και Landsat ΕΤΜ μπάντας 1 (4β). Παραλλαγές του πράσινου αντιστοιχούν σε περιοχές που ανυψώθηκαν λόγω του σεισμού και οι κίτρινο προσθήκες σε περιοχές εξακολουθούν να είναι ενεργές τρεις μήνες περίπου μετά το κύριο γεγονός.

[[Εικόνα: Vsa4_ek5.jpg | center]]
Σχήμα 5 - Παράδειγμα της κάθετης παραμόρφωσης κατά μήκος του νησιού Interview. Πολυχρονικές εικόνες SAR (5α) και Landsat ETM + μπάντας 1 και 5 (5β και 5γ, αντίστοιχα).

[[Εικόνα: Vsa4_ek6.jpg | center]]
Σχήμα 6 - Εντοπίστηκε καθίζηση στο Πορτ Μπλερ, που βρίσκεται στο ΝΑ τμήμα του νησιού Andaman. Πολυχρονική εικόνα SAR (6α) και Landsat ETM + μπάντας 1 (6β). Παραλλαγές του μπλε αντιπροσωπεύουν περιοχές με βύθιση που οφείλεται σε τεκτονική κίνηση λόγο του σεισμού της Σουμάτρας-Ανταμάν που έγινε το 2004. 

[[Εικόνα: Vsa4_ek7.jpg | thumb | right | Σχήμα 7 - Εντοπίστηκαν αλλαγές στο υψόμετρο (ανύψωση ή καθίζηση) κατά μήκος των ακτογραμμών του νησιού Ανταμάν, που προέρχεται από δεδομένα του ENVISAT ASAR. Προβολή σε UTM WGS'84 Ζώνη 34 Βόρεια.]]

Αν και η άνοδος πρέπει να αποδοθεί στην παραμόρφωση μετά από το βασικό σεισμικό γεγονός, τα φαινόμενα καθίζησης πρέπει να εξεταστούν προσεκτικότερα, δεδομένου ότι μπορούν επίσης να προκληθούν από παράκτια διάβρωση από tsunami. Εντούτοις, κανένας κατακλυσμός tsunami, τουλάχιστον ανατολικά των νησιών, δεν έχει αναφερθεί. Αναλυτικός χάρτης που εμφανίζει το χωρικό πρότυπο της ανιχνευόμενης κατακορύφης κίνησης σχετικά με το σεισμό Sumatra-Andaman στο Andamans παρουσιάζεται στο σχήμα 7. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο προσδιορισμός των ανυψωμένων ακτών επιτεύχθηκε λόγω του χαμηλού βάθους του νερού και της παρουσίας κοραλλιογενών υφάλων, όπως αποκαλύπτεται από τα οπτικά δορυφορικά δεδομένα. Τέτοιες παράμετροι ελέγχουν την έκταση της έκθεσης του εδάφους που ακολουθούν τις κάθετες τεκτονικές μετακινήσεις.


Μεγάλη σημασία έχει η ζώνη που εμφανίζεται στην πολυχρονική εικόνα και που εκφράζεται ως εσωτερική κίτρινη ζώνη μεταξύ της παλαιάς προ-σεισμικής ακτής και των ανυψωμένων περιοχών που παρουσιάζονται με πράσινο. Τέτοια κίτρινα μπαλώματα είναι το αποτέλεσμα κόκκινης και πράσινης πρόσθετης διαδικασίας και αντιστοιχούν στις διαφορές από την ένταση ανάδρομης διάξυσης μεταξύ των δύο μετα-σεισμικών σκηνών SAR. Φαίνεται ότι μια ευρεία περιοχή της ακτής ανυψώθηκε αμέσως μετά από το βασικό σεισμικό γεγονός, αλλά δεν ακολούθησαν όλα τα εκτεθειμένα κοράλλια και ακολούθησε μόνο μια στενότερη ζώνη κοντά στην προ-σεισμική ακτή. (Σχήματα 4, 5 & 6). Οι πιθανές εξηγήσεις περιλαμβάνουν είτε την πιθανότητα της μετα-σεισμικής χαλάρωσης, των αρχικά ανυψωμένων περιοχών, είτε την αύξηση της στάθμης της θάλασσας λόγω των παλιρροιακών φαινομένων. Είναι προφανές ότι σημαντική πηγή σφάλματος, είναι οι παλιρροιακές διαφορές των επιπέδων μεταξύ των χρόνων αποκτήσεων των καλολογικών στοιχείων SAR. Σε κάθε περίπτωση, τοπικές μετρήσεις GPS και παλιρροιακά δεδομένα για τη μετα-σεισμική περίοδο, απαιτούνται προκειμένου να εξηγηθεί επακριβώς η παρατηρηθείσα ζώνη.

Το δεδομένα από τα μικροκυμάτα αποδείχθηκαν ένα άριστο εργαλείο αξιολόγησης των σχετικών αλλαγών των δύο ακτών, τόσο σε χωρική όσο και χρονική διάσταση. Αντίθετα στις οπτικές δορυφορικές εικόνες, τέτοια στοιχεία προσφέρουν το πλεονέκτημα της διείσδυσης και ανάδρομης διάξυσης. Ανεξάρτητα της ποιοτικής φύσης, δεδομένου ότι μόνο το σημάδι της αλλαγής ανύψωσης μπορεί να ανιχνευθεί, η αποκαλυφθείσα επισκόπηση της ανόδου και το πρότυπο βύθισης, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως περιορισμός στην έρευνα μοντέλων παραμόρφωσης. 

[[category:Γεωλογική χαρτογράφιση]]

ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΕΙΚΤΩΝ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ GIS ΣΤΗΝ ΠΕΔΙΑΔΑ ΣΕΡΡΩΝ

2012-03-04T08:12:16Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: IDENTIFYING WATER ACCOUNTING INDICATORS USING REMOTE SENSING AND GIS IN SERRES PLAIN''' 
'''Συγγραφείς:''' Stavrinos, E ., Th. Alexandridis , G. Galanis , and G. Zalidis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στην πεδιάδα Σερρών, όπου επί δεκαετίες ανακύπτει το πρόβλημα της ζήτησης νερού σε σχέση με την αποδοτικότητα και τη χρήση του αρδευτικού νερού, ο χαρακτηρισμός της λειτουργίας των αρδευτικών δικτύων έχει προταθεί ως ένα πρώτο βήμα επίλυσης αυτών των προβλημάτων. Στην εργασία εξετάζεται η χωρική και χρονική μεταβολή της ζήτησης και προσφοράς του αρδευτικού νερού με δορυφορική τηλεπισκόπηση και GIS προσδιορίζοντας δείκτες λογιστικής ύδατος. Διαπιστώθηκε ότι α) υπάρχει ελάχιστη βελτίωση της απόδοσης των δικτύων παρά το μικρό βαθμό συντήρησής τους, και β) κατά το έτος υψηλής διαθεσιμότητας νερού η αποδοτικότητα άρδευσης και η παραγωγικότητα νερού δεν ήταν ανάλογες με αποτέλεσμα η επιπλέον χρήση νερού να μην αξιοποιείται για την αγροτική παραγωγή. 
''Λέξεις κλειδιά : άρδευση, δείκτες λογιστικής νερού, δορυφορική τηλεπισκόπηση, GIS''

 
'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η μη ορθολογική και εντατική άσκηση της γεωργικής δραστηριότητας σε συνδυασμό με την αρδευτική χρήση του νερού έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με την υποβάθμιση των εδαφικών, των υδατικών και γενετικών πόρων (βιοποικιλότητα) που με τη σειρά τους οδηγούν στην υποβάθμιση των αγαθών και υπηρεσιών (κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις). Αυτός είναι και ο σκοπός της εργασίας, δηλαδή ο προσδιορισμός της μεταβολής των δεικτών λογιστικής ύδατος μεταξύ των αρδευτικών δικτύων στη λεκάνη απορροής του ποταμού Στρυμόνα κατά τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης και GIS για τη δημιουργία πληροφορίας ορθολογικής χρήσης των υδατικών πόρων. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε γεωγραφική μονάδα αναφοράς την περιοχή αρδευτικού δικτύου ή περιοχή ευθύνης ΤΟΕΒ, και σε δύο έτη αναφοράς, το 1994 (χαμηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων) και το 2003 (υψηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων). 

'''2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ''' 
'''''2.1. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ''''' [[Εικόνα: vsa1_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Κατηγορίες αρδευτικού νερού ανά περιοχή αναφοράς ]]
Είναι η πεδιάδα των Σερρών που υπάρχουν περισσότερα από ένα εκατομμύριο στρέμματα καλλιεργειών, από τα οποία 845.000 αρδεύονται απ' ευθείας από τον Στρυμόνα και την Κερκίνη ή από πηγές και υπόγεια ύδατα (Εικόνα 1).

'''''2.2. ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΑΡΔΕΥΟΜΕΝΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ''''' 
Για τη χαρτογράφηση των αρδευόμενων εκτάσεωνέγινε η φασματική βελτίωση των δορυφορικών εικόνων Landsat (14/09/1993, 28/06/2000 και 24/08/2000) για την παραγωγή του δείκτη βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), ο οποίος αναδεικνύει την υγιή φωτοσυνθέτουσα χλωροφύλλη και με την στην υπόθεση ότι κατά τη διάρκεια του σχεδόν άνυδρου καλοκαιριού στις αγροτικές περιοχές μόνο οι αρδευόμενες καλλιέργειες θα έχουν υψηλή συγκέντρωση υγιούς χλωροφύλλης και επομένως υψηλή τιμή του δείκτη NDVI. Με την τεχνική διαχωρισμού κατηγοριών με τιμή κατωφλίου (thresholding) χαρτογραφήθηκαν οι περιοχές με υψηλή τιμή NDVI και ορίστηκαν ως αρδευόμενες καλλιέργειες. Στη συνέχεια, ο χάρτης αρδευόμενων καλλιεργειών βελτιώθηκε μέσω γεωγραφικής σύγκρισης με τα πολύγωνα των αγροτικών ενοτήτων (ilots, κλίμακα 1:5000). Αφαιρώντας τις αρδευόμενες περιοχές που δεν είχαν χαρακτηριστεί ως αγροτικές (π.χ. φυσική βλάστηση γύρω από αρδευτικές τάφρους, κήπους σε αστικές περιοχές κ.λπ.), δημιουργήθηκε ο τελικός χάρτης αρδευόμενων περιοχών για τα έτη αναφοράς.

'''''2.3. ΠΡΟΣΦΟΡΑ ΝΕΡΟΥ''''' 
Η εκτίμηση της προσφοράς νερού ανά αρδευτικό δίκτυο προσδιορίστηκε με την επιλογή των παρακάτω κριτηρίων: 1. Πηγή υδροληψίας (είσοδος αρδευτικού νερού από υδροληψία, υδάτινο σώμα, γεωτρήσεις κλπ), 2. Αποδέκτης απορροής (κύρια έξοδος αρδευτικού νερού), 3. Προέλευση αρδευτικού νερού (επιφανειακό, υπόγειο, στράγγιση ανάντη περιοχών), 4. Μεταφορά αρδευτικού νερού (είδος αρδευτικού δικτύου), και 5. Εφαρμογή αρδευτικού νερού (μέθοδος άρδευσης). Τα παραπάνω κριτήρια απεικονίζονται στην Εικόνα 1.

'''''2.4. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΕΠΟΧΙΑΚΗ ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ (ETS)''''' 
Tο μοντέλο SEBAL εφαρμόστηκε σε μηνιαία χρονοσειρά εικόνων ΝΟΑΑ AVHRR και Landsat TM/ETM+. Ακολουθώντας τη μέθοδο που αναφέρεται στις εργασίες των Bastiaanssen et al.(2001) και Chemin and Alexandridis (2004), η ελλιπής χρονική συνιστώσα παρασχέθηκε από την καθημερινή εξατμισοδιαπνοή αναφοράς (ETr - reference evapotranspiration). Η ETr υπολογίστηκε με την τυποποιημένη μέθοδο Penman-Monteith (FAO56 - Allen et al., 1998) χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά δεδομένα που λήφθηκαν από τον σταθμό των Σερρών (Πηγή: ΕΜΥ). Για το σκοπό αυτό συντέθηκε η εικόνα [Km] = [ETa]/ETr, όπου [ETa] είναι η εικόνα ETa που υπολογίστηκε από τον απεικονιστή NOAA AVHRR και αντιπροσωπεύει τη χρονική περίοδο γύρω από τη λήψη της και ETr είναι η τιμή της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς που υπολογίστηκε από μετεωρολογικά δεδομένα για τη μέρα της λήψης της κάθε εικόνας NOAA AVHRR. Η εικόνα Km ονομάζεται κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (reference evapotranspiration fraction - ETrF) και μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας γενικευμένος φυτικός συντελεστής Kc, ο οποίος είναι ο συνδυασμός όλων των καλύψεων γης που υπάρχουν σε κάθε εικονοστοιχείο της περιοχής μελέτης. Θεωρώντας την εικόνα Km σταθερή και αντιπροσωπευτική για το χρονικό διάστημα που καλύπτει πριν και μετά τη λήψη της αντίστοιχης δορυφορικής εικόνας, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή ETs υπολογίστηκε με την εξίσωση (1): 
n 
ETS = Σ (ETa)i(Km)i (mm/εποχή) (1) 
i -1 
όπου ETa είναι η πραγματική εξατμισοδιαπνοή για 24 ώρες όπως υπολογίζεται από το μοντέλο SEBAL, Km είναι το κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, και n είναι ο αριθμός των δορυφορικών εικόνων που χρησιμοποιήθηκαν για να καλύψουν την χρονική περίοδο μελέτης. Η παραγόμενη εικόνα ETs εκφράζει τη μη σημειακή κατανάλωση νερού από όλους τους τύπους κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης.
Στη συνέχεια, έγινε βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας χρησιμοποιώντας τις εικόνες υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Το τελικό αποτέλεσμα παρουσιάζει την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή (ETs) σε μορφή ψηφιδωτού (raster) με ανάλυση 60m (pixel). Η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή των αρδευόμενων καλλιεργειών για τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου (15 Απριλίου έως 30 Σεπτεμβρίου) αντιστοιχεί στην κατανάλωση νερού από τα φυτά, ανεξάρτητα από την πηγή του νερού (άρδευση ή βροχόπτωση).

'''''2.5. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ''''' 
Για την εκτίμηση της ανάπτυξης βιομάζας χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο οικολογικής παραγωγής (ecological production model) που στηρίζεται στο ότι η πρόσληψη άνθρακα από τα φύλλα με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι ανάλογη με το ρυθμό απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας.
Για την εφαρμογή της μεθόδου, αρχικά υπολογίζεται η φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία (Photosythetically Active Radiation - PAR) από ημερήσια μετεωρολογικά δεδομένα και εικόνες δείκτη βλάστησης NDVI. Στη συνέχεια υπολογίζεται ο χάρτης ανάπτυξης βιομάζας ανά χρονική περίοδο χρησιμοποιώντας το κλάσμα εξάτμισης (Λ) που υπολογίστηκε μέσω του μοντέλου SEBAL, και τον παράγοντα μετατροπής βιομάζας από τη βιβλιογραφία (Gower et al., 1999).

'''''2.6. ΔΕΙΚΤΕΣ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ''''' 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος που συνδέονται με την αποδοτικότητα και την παραγωγικότητα του αρδευτικού συστήματος στις διάφορες γεωγραφικές μονάδες και συνδέονται με την αξιολόγηση της χρήσης του αρδευτικού νερού υπολογίστηκαν με τις παρακάτω σχέσεις : 
<li/>Δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης. 
Περιγράφει το ποσοστό του εισερχόμενου νερού άρδευσης που χρησιμοποιείται από τα φυτά. Υπολογίζεται διαιρώντας την πραγματική κατανάλωση αρδευτικού νερού από τα φυτά προς την παρεχόμενη προς το δίκτυο ποσότητα (εξίσωση 2): 
a = (ETs-R') /Qin (χωρίς μονάδες) (2) 
όπου ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή, R' η ωφέλιμη βροχόπτωση και Qin η παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακά ή/και υπόγεια νερά). 
<li/>Δείκτης παραγωγικότητας νερού. 
Περιγράφει την αξία που απορρέει από το νερό που χρησιμοποιήθηκε. Εκφράζεται ως η ανάπτυξη βιομάζας για κάθε κυβικό μέτρο νερού που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες μέσω της εξατμισοδιαπνοής (εξίσωση 3): 
p = B /ETs (kg/m3 ) (3) 
όπου Β είναι η ανάπτυξη βιομάζας και ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή. 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος επιλέχθηκαν για το χαρακτηρισμό των αρδευτικών μονάδων της περιοχής μελέτης (ΤΟΕΒ), επειδή περιγράφουν καλύτερα όλες τις απόψεις του συστήματος και τα δεδομένα εισόδου μπορούν να μετρηθούν με τις προαναφερθείσες μεθόδους. 

'''3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΖΗΤΗΣΗ''' 
Με την εφαρμογή της τηλεπισκοπικής μεθόδου καταγραφής των αρδευόμενων καλλιεργειών εκτιμήθηκε η συνολική αρδευόμενη έκταση ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). Η ακρίβεια της μεθόδου εκτιμήθηκε με ένα τυχαίο δείγμα 250 σημείων, στα οποία ανατέθηκε μία κλάση (αρδευόμενο ή μη-αρδευόμενο) μέσω φωτοερμηνείας των εικόνων υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Η σύγκριση του δείγματος με το χάρτη αρδευόμενων εκτάσεων έδειξε ακρίβεια 97% και αξιοπιστία 94% και για τα δύο έτη αναφοράς. Γενικά παρατηρήθηκε μικρή αύξηση της αρδευόμενης έκτασης κατά 8% από το 1994 στο 2003, που οφείλεται κυρίως στην εγκατάσταση περισσότερων ιδιωτικών γεωτρήσεων και λιγότερο στην επέκταση των αρδευτικών δικτύων. Η προσφορά νερού, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή και η ανάπτυξη βιομάζας χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των δεικτών λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1).
Πίνακας 1. Αρδευόμενη έκταση και δείκτες λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα
[[Εικόνα: vsa1_pinakas1.jpg]] 
Περίμετρος ΤΟΕΒ ή περιοχής
[[Εικόνα: vsa1_eik2.jpg | thumb | left | Εικόνα 2. Δείκτης αποδοτικότητας αρδευτικού συστήματος (a) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]]
[[Εικόνα: vsa1_eik3.jpg | thumb | right | Εικόνα 3. Δείκτης παραγωγικότητας νερού (e) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]]
Ο δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης (a) έχει ελάχιστα υψηλότερες τιμές το 1994 λόγω της καλύτερης αποδοτικότητας των συστημάτων άρδευσης σε ξηρότερες συνθήκες (Εικόνα 2). Αντίθετα, το 2003 η υψηλότερη βροχόπτωση ήταν η αιτία της χαμηλότερης κατανάλωσης αρδευτικού νερού σε σχέση με την παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακή ή/και υπόγεια νερά). Άλλοι παράγοντες που πιθανώς να επηρεάζουν τη μεταβολή του δείκτη (a) είναι η ελλιπής συντήρηση του δικτύου μεταφοράς και ο σταδιακός εκσυγχρονισμός του δικτύου εφαρμογής άρδευσης. 
Ο ΤΟΕΒ Προβατά παρουσιάζει πολύ χαμηλή τιμή λόγω των υψηλών απωλειών του χωμάτινου δικτύου μεταφοράς, και των υψηλών αρδευτικών απαιτήσεων της καλλιέργειας ρυζιού, η οποία απαιτεί συγχρονισμένες καλλιεργητικές και αρδευτικές εφαρμογές. Στους υπόλοιπους ΤΟΕΒ, οι υψηλότερες τιμές του δείκτη αποδοτικότητας άρδευσης οφείλονται στην ύπαρξη πιο σύγχρονου δικτύου μεταφοράς και διανομής (με επενδεδυμένες διώρυγες ή με κλειστούς αγωγούς). 
Η παραγωγικότητα νερού (p) απεικονίζει την ανάπτυξη βιομάζας για κάθε μονάδα νερού άρδευσης που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες (Εικόνα 3) η οποία εξαρτάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το είδος της καλλιέργειας, και σε μικρότερο βαθμό από τη στρεμματική απόδοση των καλλιεργειών.. Η συνολική αύξηση του δείκτη στο έτος 2003 οφείλεται στην μείωση των υδροβόρων καλλιεργειών (ρύζι) και στην εισαγωγή νέων ποικιλιών (βαμβακιού και καλαμποκιού), οι οποίες είναι πιο μικρόσωμες και επομένως παράγουν λιγότερη βιομάζα (με ταυτόχρονη αύξηση της στρεμματικής απόδοσης σε καρπό). 

'''4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ''' 
Τα συμπεράσματα που προκύπτουν σχετικά με τη χρήση των υδατικών πόρων στην περιοχή μελέτης είναι:
<li/>Παρά την υψηλή σχετική προσφορά νερού το 1994, η ανάπτυξη βιομάζας δεν ήταν ανάλογη, επομένως η επιπλέον χρήση νερού δεν αξιοποιήθηκε για την αγροτική παραγωγή.
<li/>Τα αρδευτικά συστήματα βελτιώθηκαν ούτως ώστε να έχουμε λιγότερες απώλειες, παρόλο το χαμηλό βαθμό συντήρησης των δικτύων. Αυτό οφείλεται στη σταδιακή αντικατάσταση της μεθόδου άρδευσης με καταιονισμό από τη μέθοδο της στάγδην άρδευσης, η οποία παρουσιάζει σαφώς καλύτερο βαθμό αποδοτικότητας εφαρμογής του νερού στον αγρό.
<li/>Κατά το έτος 1994 που υπήρχε χαμηλότερη διαθεσιμότητα νερού, παρατηρήθηκε υψηλή προσφορά νερού άρδευσης για να καλύψει τις αυξημένες ανάγκες των καλλιεργειών. Αυτό αποκαλύπτει μια σχετικά καλή και σταθερή στο χρόνο αποδοτικότητα του συστήματος άρδευσης, το οποίο οφείλεται σε ένα σχετικά αποτελεσματικό διαχειριστικό έργο.

[[category:Σχεδιασμός αρδευτικού δικτύου]]

ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΕΙΚΤΩΝ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ GIS ΣΤΗΝ ΠΕΔΙΑΔΑ ΣΕΡΡΩΝ

2012-03-04T08:11:41Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: IDENTIFYING WATER ACCOUNTING INDICATORS USING REMOTE SENSING AND GIS IN SERRES PLAIN''' 
'''Συγγραφείς:''' Stavrinos, E ., Th. Alexandridis , G. Galanis , and G. Zalidis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στην πεδιάδα Σερρών, όπου επί δεκαετίες ανακύπτει το πρόβλημα της ζήτησης νερού σε σχέση με την αποδοτικότητα και τη χρήση του αρδευτικού νερού, ο χαρακτηρισμός της λειτουργίας των αρδευτικών δικτύων έχει προταθεί ως ένα πρώτο βήμα επίλυσης αυτών των προβλημάτων. Στην εργασία εξετάζεται η χωρική και χρονική μεταβολή της ζήτησης και προσφοράς του αρδευτικού νερού με δορυφορική τηλεπισκόπηση και GIS προσδιορίζοντας δείκτες λογιστικής ύδατος. Διαπιστώθηκε ότι α) υπάρχει ελάχιστη βελτίωση της απόδοσης των δικτύων παρά το μικρό βαθμό συντήρησής τους, και β) κατά το έτος υψηλής διαθεσιμότητας νερού η αποδοτικότητα άρδευσης και η παραγωγικότητα νερού δεν ήταν ανάλογες με αποτέλεσμα η επιπλέον χρήση νερού να μην αξιοποιείται για την αγροτική παραγωγή. 
''Λέξεις κλειδιά : άρδευση, δείκτες λογιστικής νερού, δορυφορική τηλεπισκόπηση, GIS''

 
'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η μη ορθολογική και εντατική άσκηση της γεωργικής δραστηριότητας σε συνδυασμό με την αρδευτική χρήση του νερού έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με την υποβάθμιση των εδαφικών, των υδατικών και γενετικών πόρων (βιοποικιλότητα) που με τη σειρά τους οδηγούν στην υποβάθμιση των αγαθών και υπηρεσιών (κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις). Αυτός είναι και ο σκοπός της εργασίας, δηλαδή ο προσδιορισμός της μεταβολής των δεικτών λογιστικής ύδατος μεταξύ των αρδευτικών δικτύων στη λεκάνη απορροής του ποταμού Στρυμόνα κατά τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης και GIS για τη δημιουργία πληροφορίας ορθολογικής χρήσης των υδατικών πόρων. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε γεωγραφική μονάδα αναφοράς την περιοχή αρδευτικού δικτύου ή περιοχή ευθύνης ΤΟΕΒ, και σε δύο έτη αναφοράς, το 1994 (χαμηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων) και το 2003 (υψηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων). 

'''2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ''' 
'''''2.1. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ''''' [[Εικόνα: vsa1_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Κατηγορίες αρδευτικού νερού ανά περιοχή αναφοράς ]]
Είναι η πεδιάδα των Σερρών που υπάρχουν περισσότερα από ένα εκατομμύριο στρέμματα καλλιεργειών, από τα οποία 845.000 αρδεύονται απ' ευθείας από τον Στρυμόνα και την Κερκίνη ή από πηγές και υπόγεια ύδατα (Εικόνα 1).

'''''2.2. ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΑΡΔΕΥΟΜΕΝΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ''''' 
Για τη χαρτογράφηση των αρδευόμενων εκτάσεωνέγινε η φασματική βελτίωση των δορυφορικών εικόνων Landsat (14/09/1993, 28/06/2000 και 24/08/2000) για την παραγωγή του δείκτη βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), ο οποίος αναδεικνύει την υγιή φωτοσυνθέτουσα χλωροφύλλη και με την στην υπόθεση ότι κατά τη διάρκεια του σχεδόν άνυδρου καλοκαιριού στις αγροτικές περιοχές μόνο οι αρδευόμενες καλλιέργειες θα έχουν υψηλή συγκέντρωση υγιούς χλωροφύλλης και επομένως υψηλή τιμή του δείκτη NDVI. Με την τεχνική διαχωρισμού κατηγοριών με τιμή κατωφλίου (thresholding) χαρτογραφήθηκαν οι περιοχές με υψηλή τιμή NDVI και ορίστηκαν ως αρδευόμενες καλλιέργειες. Στη συνέχεια, ο χάρτης αρδευόμενων καλλιεργειών βελτιώθηκε μέσω γεωγραφικής σύγκρισης με τα πολύγωνα των αγροτικών ενοτήτων (ilots, κλίμακα 1:5000). Αφαιρώντας τις αρδευόμενες περιοχές που δεν είχαν χαρακτηριστεί ως αγροτικές (π.χ. φυσική βλάστηση γύρω από αρδευτικές τάφρους, κήπους σε αστικές περιοχές κ.λπ.), δημιουργήθηκε ο τελικός χάρτης αρδευόμενων περιοχών για τα έτη αναφοράς.

'''''2.3. ΠΡΟΣΦΟΡΑ ΝΕΡΟΥ''''' 
Η εκτίμηση της προσφοράς νερού ανά αρδευτικό δίκτυο προσδιορίστηκε με την επιλογή των παρακάτω κριτηρίων: 1. Πηγή υδροληψίας (είσοδος αρδευτικού νερού από υδροληψία, υδάτινο σώμα, γεωτρήσεις κλπ), 2. Αποδέκτης απορροής (κύρια έξοδος αρδευτικού νερού), 3. Προέλευση αρδευτικού νερού (επιφανειακό, υπόγειο, στράγγιση ανάντη περιοχών), 4. Μεταφορά αρδευτικού νερού (είδος αρδευτικού δικτύου), και 5. Εφαρμογή αρδευτικού νερού (μέθοδος άρδευσης). Τα παραπάνω κριτήρια απεικονίζονται στην Εικόνα 1.

'''''2.4. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΕΠΟΧΙΑΚΗ ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ (ETS)''''' 
Tο μοντέλο SEBAL εφαρμόστηκε σε μηνιαία χρονοσειρά εικόνων ΝΟΑΑ AVHRR και Landsat TM/ETM+. Ακολουθώντας τη μέθοδο που αναφέρεται στις εργασίες των Bastiaanssen et al.(2001) και Chemin and Alexandridis (2004), η ελλιπής χρονική συνιστώσα παρασχέθηκε από την καθημερινή εξατμισοδιαπνοή αναφοράς (ETr - reference evapotranspiration). Η ETr υπολογίστηκε με την τυποποιημένη μέθοδο Penman-Monteith (FAO56 - Allen et al., 1998) χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά δεδομένα που λήφθηκαν από τον σταθμό των Σερρών (Πηγή: ΕΜΥ). Για το σκοπό αυτό συντέθηκε η εικόνα [Km] = [ETa]/ETr, όπου [ETa] είναι η εικόνα ETa που υπολογίστηκε από τον απεικονιστή NOAA AVHRR και αντιπροσωπεύει τη χρονική περίοδο γύρω από τη λήψη της και ETr είναι η τιμή της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς που υπολογίστηκε από μετεωρολογικά δεδομένα για τη μέρα της λήψης της κάθε εικόνας NOAA AVHRR. Η εικόνα Km ονομάζεται κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (reference evapotranspiration fraction - ETrF) και μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας γενικευμένος φυτικός συντελεστής Kc, ο οποίος είναι ο συνδυασμός όλων των καλύψεων γης που υπάρχουν σε κάθε εικονοστοιχείο της περιοχής μελέτης. Θεωρώντας την εικόνα Km σταθερή και αντιπροσωπευτική για το χρονικό διάστημα που καλύπτει πριν και μετά τη λήψη της αντίστοιχης δορυφορικής εικόνας, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή ETs υπολογίστηκε με την εξίσωση (1): 
n 
ETS = Σ (ETa)i(Km)i (mm/εποχή) (1) 
i -1 
όπου ETa είναι η πραγματική εξατμισοδιαπνοή για 24 ώρες όπως υπολογίζεται από το μοντέλο SEBAL, Km είναι το κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, και n είναι ο αριθμός των δορυφορικών εικόνων που χρησιμοποιήθηκαν για να καλύψουν την χρονική περίοδο μελέτης. Η παραγόμενη εικόνα ETs εκφράζει τη μη σημειακή κατανάλωση νερού από όλους τους τύπους κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης.
Στη συνέχεια, έγινε βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας χρησιμοποιώντας τις εικόνες υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Το τελικό αποτέλεσμα παρουσιάζει την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή (ETs) σε μορφή ψηφιδωτού (raster) με ανάλυση 60m (pixel). Η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή των αρδευόμενων καλλιεργειών για τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου (15 Απριλίου έως 30 Σεπτεμβρίου) αντιστοιχεί στην κατανάλωση νερού από τα φυτά, ανεξάρτητα από την πηγή του νερού (άρδευση ή βροχόπτωση).

'''''2.5. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ''''' 
Για την εκτίμηση της ανάπτυξης βιομάζας χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο οικολογικής παραγωγής (ecological production model) που στηρίζεται στο ότι η πρόσληψη άνθρακα από τα φύλλα με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι ανάλογη με το ρυθμό απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας.
Για την εφαρμογή της μεθόδου, αρχικά υπολογίζεται η φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία (Photosythetically Active Radiation - PAR) από ημερήσια μετεωρολογικά δεδομένα και εικόνες δείκτη βλάστησης NDVI. Στη συνέχεια υπολογίζεται ο χάρτης ανάπτυξης βιομάζας ανά χρονική περίοδο χρησιμοποιώντας το κλάσμα εξάτμισης (Λ) που υπολογίστηκε μέσω του μοντέλου SEBAL, και τον παράγοντα μετατροπής βιομάζας από τη βιβλιογραφία (Gower et al., 1999).

'''''2.6. ΔΕΙΚΤΕΣ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ''''' 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος που συνδέονται με την αποδοτικότητα και την παραγωγικότητα του αρδευτικού συστήματος στις διάφορες γεωγραφικές μονάδες και συνδέονται με την αξιολόγηση της χρήσης του αρδευτικού νερού υπολογίστηκαν με τις παρακάτω σχέσεις : 
<li/>Δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης. 
Περιγράφει το ποσοστό του εισερχόμενου νερού άρδευσης που χρησιμοποιείται από τα φυτά. Υπολογίζεται διαιρώντας την πραγματική κατανάλωση αρδευτικού νερού από τα φυτά προς την παρεχόμενη προς το δίκτυο ποσότητα (εξίσωση 2): 
a = (ETs-R') /Qin (χωρίς μονάδες) (2) 
όπου ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή, R' η ωφέλιμη βροχόπτωση και Qin η παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακά ή/και υπόγεια νερά). 
<li/>Δείκτης παραγωγικότητας νερού. 
Περιγράφει την αξία που απορρέει από το νερό που χρησιμοποιήθηκε. Εκφράζεται ως η ανάπτυξη βιομάζας για κάθε κυβικό μέτρο νερού που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες μέσω της εξατμισοδιαπνοής (εξίσωση 3): 
p = B /ETs (kg/m3 ) (3) 
όπου Β είναι η ανάπτυξη βιομάζας και ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή. 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος επιλέχθηκαν για το χαρακτηρισμό των αρδευτικών μονάδων της περιοχής μελέτης (ΤΟΕΒ), επειδή περιγράφουν καλύτερα όλες τις απόψεις του συστήματος και τα δεδομένα εισόδου μπορούν να μετρηθούν με τις προαναφερθείσες μεθόδους. 

'''3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΖΗΤΗΣΗ''' 
Με την εφαρμογή της τηλεπισκοπικής μεθόδου καταγραφής των αρδευόμενων καλλιεργειών εκτιμήθηκε η συνολική αρδευόμενη έκταση ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). Η ακρίβεια της μεθόδου εκτιμήθηκε με ένα τυχαίο δείγμα 250 σημείων, στα οποία ανατέθηκε μία κλάση (αρδευόμενο ή μη-αρδευόμενο) μέσω φωτοερμηνείας των εικόνων υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Η σύγκριση του δείγματος με το χάρτη αρδευόμενων εκτάσεων έδειξε ακρίβεια 97% και αξιοπιστία 94% και για τα δύο έτη αναφοράς. Γενικά παρατηρήθηκε μικρή αύξηση της αρδευόμενης έκτασης κατά 8% από το 1994 στο 2003, που οφείλεται κυρίως στην εγκατάσταση περισσότερων ιδιωτικών γεωτρήσεων και λιγότερο στην επέκταση των αρδευτικών δικτύων. Η προσφορά νερού, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή και η ανάπτυξη βιομάζας χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των δεικτών λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). 
Πίνακας 1. Αρδευόμενη έκταση και δείκτες λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα
[[Εικόνα: vsa1_pinakas1.jpg]] 
Περίμετρος ΤΟΕΒ ή περιοχής
[[Εικόνα: vsa1_eik2.jpg | thumb | left | Εικόνα 2. Δείκτης αποδοτικότητας αρδευτικού συστήματος (a) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]]
[[Εικόνα: vsa1_eik3.jpg | thumb | right | Εικόνα 3. Δείκτης παραγωγικότητας νερού (e) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]]
Ο δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης (a) έχει ελάχιστα υψηλότερες τιμές το 1994 λόγω της καλύτερης αποδοτικότητας των συστημάτων άρδευσης σε ξηρότερες συνθήκες (Εικόνα 2). Αντίθετα, το 2003 η υψηλότερη βροχόπτωση ήταν η αιτία της χαμηλότερης κατανάλωσης αρδευτικού νερού σε σχέση με την παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακή ή/και υπόγεια νερά). Άλλοι παράγοντες που πιθανώς να επηρεάζουν τη μεταβολή του δείκτη (a) είναι η ελλιπής συντήρηση του δικτύου μεταφοράς και ο σταδιακός εκσυγχρονισμός του δικτύου εφαρμογής άρδευσης. 
Ο ΤΟΕΒ Προβατά παρουσιάζει πολύ χαμηλή τιμή λόγω των υψηλών απωλειών του χωμάτινου δικτύου μεταφοράς, και των υψηλών αρδευτικών απαιτήσεων της καλλιέργειας ρυζιού, η οποία απαιτεί συγχρονισμένες καλλιεργητικές και αρδευτικές εφαρμογές. Στους υπόλοιπους ΤΟΕΒ, οι υψηλότερες τιμές του δείκτη αποδοτικότητας άρδευσης οφείλονται στην ύπαρξη πιο σύγχρονου δικτύου μεταφοράς και διανομής (με επενδεδυμένες διώρυγες ή με κλειστούς αγωγούς). 
Η παραγωγικότητα νερού (p) απεικονίζει την ανάπτυξη βιομάζας για κάθε μονάδα νερού άρδευσης που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες (Εικόνα 3) η οποία εξαρτάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το είδος της καλλιέργειας, και σε μικρότερο βαθμό από τη στρεμματική απόδοση των καλλιεργειών.. Η συνολική αύξηση του δείκτη στο έτος 2003 οφείλεται στην μείωση των υδροβόρων καλλιεργειών (ρύζι) και στην εισαγωγή νέων ποικιλιών (βαμβακιού και καλαμποκιού), οι οποίες είναι πιο μικρόσωμες και επομένως παράγουν λιγότερη βιομάζα (με ταυτόχρονη αύξηση της στρεμματικής απόδοσης σε καρπό). 

'''4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ''' 
Τα συμπεράσματα που προκύπτουν σχετικά με τη χρήση των υδατικών πόρων στην περιοχή μελέτης είναι:
<li/>Παρά την υψηλή σχετική προσφορά νερού το 1994, η ανάπτυξη βιομάζας δεν ήταν ανάλογη, επομένως η επιπλέον χρήση νερού δεν αξιοποιήθηκε για την αγροτική παραγωγή.
<li/>Τα αρδευτικά συστήματα βελτιώθηκαν ούτως ώστε να έχουμε λιγότερες απώλειες, παρόλο το χαμηλό βαθμό συντήρησης των δικτύων. Αυτό οφείλεται στη σταδιακή αντικατάσταση της μεθόδου άρδευσης με καταιονισμό από τη μέθοδο της στάγδην άρδευσης, η οποία παρουσιάζει σαφώς καλύτερο βαθμό αποδοτικότητας εφαρμογής του νερού στον αγρό.
<li/>Κατά το έτος 1994 που υπήρχε χαμηλότερη διαθεσιμότητα νερού, παρατηρήθηκε υψηλή προσφορά νερού άρδευσης για να καλύψει τις αυξημένες ανάγκες των καλλιεργειών. Αυτό αποκαλύπτει μια σχετικά καλή και σταθερή στο χρόνο αποδοτικότητα του συστήματος άρδευσης, το οποίο οφείλεται σε ένα σχετικά αποτελεσματικό διαχειριστικό έργο.

[[category:Σχεδιασμός αρδευτικού δικτύου]]

ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΕΙΚΤΩΝ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ GIS ΣΤΗΝ ΠΕΔΙΑΔΑ ΣΕΡΡΩΝ

2012-03-04T08:11:00Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: IDENTIFYING WATER ACCOUNTING INDICATORS USING REMOTE SENSING AND GIS IN SERRES PLAIN''' 
'''Συγγραφείς:''' Stavrinos, E ., Th. Alexandridis , G. Galanis , and G. Zalidis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στην πεδιάδα Σερρών, όπου επί δεκαετίες ανακύπτει το πρόβλημα της ζήτησης νερού σε σχέση με την αποδοτικότητα και τη χρήση του αρδευτικού νερού, ο χαρακτηρισμός της λειτουργίας των αρδευτικών δικτύων έχει προταθεί ως ένα πρώτο βήμα επίλυσης αυτών των προβλημάτων. Στην εργασία εξετάζεται η χωρική και χρονική μεταβολή της ζήτησης και προσφοράς του αρδευτικού νερού με δορυφορική τηλεπισκόπηση και GIS προσδιορίζοντας δείκτες λογιστικής ύδατος. Διαπιστώθηκε ότι α) υπάρχει ελάχιστη βελτίωση της απόδοσης των δικτύων παρά το μικρό βαθμό συντήρησής τους, και β) κατά το έτος υψηλής διαθεσιμότητας νερού η αποδοτικότητα άρδευσης και η παραγωγικότητα νερού δεν ήταν ανάλογες με αποτέλεσμα η επιπλέον χρήση νερού να μην αξιοποιείται για την αγροτική παραγωγή. 
''Λέξεις κλειδιά : άρδευση, δείκτες λογιστικής νερού, δορυφορική τηλεπισκόπηση, GIS''

 
'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η μη ορθολογική και εντατική άσκηση της γεωργικής δραστηριότητας σε συνδυασμό με την αρδευτική χρήση του νερού έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με την υποβάθμιση των εδαφικών, των υδατικών και γενετικών πόρων (βιοποικιλότητα) που με τη σειρά τους οδηγούν στην υποβάθμιση των αγαθών και υπηρεσιών (κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις). Αυτός είναι και ο σκοπός της εργασίας, δηλαδή ο προσδιορισμός της μεταβολής των δεικτών λογιστικής ύδατος μεταξύ των αρδευτικών δικτύων στη λεκάνη απορροής του ποταμού Στρυμόνα κατά τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης και GIS για τη δημιουργία πληροφορίας ορθολογικής χρήσης των υδατικών πόρων. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε γεωγραφική μονάδα αναφοράς την περιοχή αρδευτικού δικτύου ή περιοχή ευθύνης ΤΟΕΒ, και σε δύο έτη αναφοράς, το 1994 (χαμηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων) και το 2003 (υψηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων). 

'''2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ''' 
'''''2.1. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ''''' [[Εικόνα: vsa1_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Κατηγορίες αρδευτικού νερού ανά περιοχή αναφοράς ]]
Είναι η πεδιάδα των Σερρών που υπάρχουν περισσότερα από ένα εκατομμύριο στρέμματα καλλιεργειών, από τα οποία 845.000 αρδεύονται απ' ευθείας από τον Στρυμόνα και την Κερκίνη ή από πηγές και υπόγεια ύδατα (Εικόνα 1).

'''''2.2. ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΑΡΔΕΥΟΜΕΝΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ''''' 
Για τη χαρτογράφηση των αρδευόμενων εκτάσεωνέγινε η φασματική βελτίωση των δορυφορικών εικόνων Landsat (14/09/1993, 28/06/2000 και 24/08/2000) για την παραγωγή του δείκτη βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), ο οποίος αναδεικνύει την υγιή φωτοσυνθέτουσα χλωροφύλλη και με την στην υπόθεση ότι κατά τη διάρκεια του σχεδόν άνυδρου καλοκαιριού στις αγροτικές περιοχές μόνο οι αρδευόμενες καλλιέργειες θα έχουν υψηλή συγκέντρωση υγιούς χλωροφύλλης και επομένως υψηλή τιμή του δείκτη NDVI. Με την τεχνική διαχωρισμού κατηγοριών με τιμή κατωφλίου (thresholding) χαρτογραφήθηκαν οι περιοχές με υψηλή τιμή NDVI και ορίστηκαν ως αρδευόμενες καλλιέργειες. Στη συνέχεια, ο χάρτης αρδευόμενων καλλιεργειών βελτιώθηκε μέσω γεωγραφικής σύγκρισης με τα πολύγωνα των αγροτικών ενοτήτων (ilots, κλίμακα 1:5000). Αφαιρώντας τις αρδευόμενες περιοχές που δεν είχαν χαρακτηριστεί ως αγροτικές (π.χ. φυσική βλάστηση γύρω από αρδευτικές τάφρους, κήπους σε αστικές περιοχές κ.λπ.), δημιουργήθηκε ο τελικός χάρτης αρδευόμενων περιοχών για τα έτη αναφοράς.

'''''2.3. ΠΡΟΣΦΟΡΑ ΝΕΡΟΥ''''' 
Η εκτίμηση της προσφοράς νερού ανά αρδευτικό δίκτυο προσδιορίστηκε με την επιλογή των παρακάτω κριτηρίων: 1. Πηγή υδροληψίας (είσοδος αρδευτικού νερού από υδροληψία, υδάτινο σώμα, γεωτρήσεις κλπ), 2. Αποδέκτης απορροής (κύρια έξοδος αρδευτικού νερού), 3. Προέλευση αρδευτικού νερού (επιφανειακό, υπόγειο, στράγγιση ανάντη περιοχών), 4. Μεταφορά αρδευτικού νερού (είδος αρδευτικού δικτύου), και 5. Εφαρμογή αρδευτικού νερού (μέθοδος άρδευσης). Τα παραπάνω κριτήρια απεικονίζονται στην Εικόνα 1.

'''''2.4. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΕΠΟΧΙΑΚΗ ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ (ETS)''''' 
Tο μοντέλο SEBAL εφαρμόστηκε σε μηνιαία χρονοσειρά εικόνων ΝΟΑΑ AVHRR και Landsat TM/ETM+. Ακολουθώντας τη μέθοδο που αναφέρεται στις εργασίες των Bastiaanssen et al.(2001) και Chemin and Alexandridis (2004), η ελλιπής χρονική συνιστώσα παρασχέθηκε από την καθημερινή εξατμισοδιαπνοή αναφοράς (ETr - reference evapotranspiration). Η ETr υπολογίστηκε με την τυποποιημένη μέθοδο Penman-Monteith (FAO56 - Allen et al., 1998) χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά δεδομένα που λήφθηκαν από τον σταθμό των Σερρών (Πηγή: ΕΜΥ). Για το σκοπό αυτό συντέθηκε η εικόνα [Km] = [ETa]/ETr, όπου [ETa] είναι η εικόνα ETa που υπολογίστηκε από τον απεικονιστή NOAA AVHRR και αντιπροσωπεύει τη χρονική περίοδο γύρω από τη λήψη της και ETr είναι η τιμή της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς που υπολογίστηκε από μετεωρολογικά δεδομένα για τη μέρα της λήψης της κάθε εικόνας NOAA AVHRR. Η εικόνα Km ονομάζεται κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (reference evapotranspiration fraction - ETrF) και μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας γενικευμένος φυτικός συντελεστής Kc, ο οποίος είναι ο συνδυασμός όλων των καλύψεων γης που υπάρχουν σε κάθε εικονοστοιχείο της περιοχής μελέτης. Θεωρώντας την εικόνα Km σταθερή και αντιπροσωπευτική για το χρονικό διάστημα που καλύπτει πριν και μετά τη λήψη της αντίστοιχης δορυφορικής εικόνας, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή ETs υπολογίστηκε με την εξίσωση (1): 
n 
ETS = Σ (ETa)i(Km)i (mm/εποχή) (1) 
i -1 
όπου ETa είναι η πραγματική εξατμισοδιαπνοή για 24 ώρες όπως υπολογίζεται από το μοντέλο SEBAL, Km είναι το κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, και n είναι ο αριθμός των δορυφορικών εικόνων που χρησιμοποιήθηκαν για να καλύψουν την χρονική περίοδο μελέτης. Η παραγόμενη εικόνα ETs εκφράζει τη μη σημειακή κατανάλωση νερού από όλους τους τύπους κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης.
Στη συνέχεια, έγινε βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας χρησιμοποιώντας τις εικόνες υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Το τελικό αποτέλεσμα παρουσιάζει την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή (ETs) σε μορφή ψηφιδωτού (raster) με ανάλυση 60m (pixel). Η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή των αρδευόμενων καλλιεργειών για τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου (15 Απριλίου έως 30 Σεπτεμβρίου) αντιστοιχεί στην κατανάλωση νερού από τα φυτά, ανεξάρτητα από την πηγή του νερού (άρδευση ή βροχόπτωση).

'''''2.5. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ''''' 
Για την εκτίμηση της ανάπτυξης βιομάζας χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο οικολογικής παραγωγής (ecological production model) που στηρίζεται στο ότι η πρόσληψη άνθρακα από τα φύλλα με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι ανάλογη με το ρυθμό απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας.
Για την εφαρμογή της μεθόδου, αρχικά υπολογίζεται η φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία (Photosythetically Active Radiation - PAR) από ημερήσια μετεωρολογικά δεδομένα και εικόνες δείκτη βλάστησης NDVI. Στη συνέχεια υπολογίζεται ο χάρτης ανάπτυξης βιομάζας ανά χρονική περίοδο χρησιμοποιώντας το κλάσμα εξάτμισης (Λ) που υπολογίστηκε μέσω του μοντέλου SEBAL, και τον παράγοντα μετατροπής βιομάζας από τη βιβλιογραφία (Gower et al., 1999).

'''''2.6. ΔΕΙΚΤΕΣ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ''''' 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος που συνδέονται με την αποδοτικότητα και την παραγωγικότητα του αρδευτικού συστήματος στις διάφορες γεωγραφικές μονάδες και συνδέονται με την αξιολόγηση της χρήσης του αρδευτικού νερού υπολογίστηκαν με τις παρακάτω σχέσεις : 
<li/>Δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης. 
Περιγράφει το ποσοστό του εισερχόμενου νερού άρδευσης που χρησιμοποιείται από τα φυτά. Υπολογίζεται διαιρώντας την πραγματική κατανάλωση αρδευτικού νερού από τα φυτά προς την παρεχόμενη προς το δίκτυο ποσότητα (εξίσωση 2): 
a = (ETs-R') /Qin (χωρίς μονάδες) (2) 
όπου ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή, R' η ωφέλιμη βροχόπτωση και Qin η παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακά ή/και υπόγεια νερά). 
<li/>Δείκτης παραγωγικότητας νερού. 
Περιγράφει την αξία που απορρέει από το νερό που χρησιμοποιήθηκε. Εκφράζεται ως η ανάπτυξη βιομάζας για κάθε κυβικό μέτρο νερού που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες μέσω της εξατμισοδιαπνοής (εξίσωση 3): 
p = B /ETs (kg/m3 ) (3) 
όπου Β είναι η ανάπτυξη βιομάζας και ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή. 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος επιλέχθηκαν για το χαρακτηρισμό των αρδευτικών μονάδων της περιοχής μελέτης (ΤΟΕΒ), επειδή περιγράφουν καλύτερα όλες τις απόψεις του συστήματος και τα δεδομένα εισόδου μπορούν να μετρηθούν με τις προαναφερθείσες μεθόδους. 

'''3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΖΗΤΗΣΗ''' 
Με την εφαρμογή της τηλεπισκοπικής μεθόδου καταγραφής των αρδευόμενων καλλιεργειών εκτιμήθηκε η συνολική αρδευόμενη έκταση ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). Η ακρίβεια της μεθόδου εκτιμήθηκε με ένα τυχαίο δείγμα 250 σημείων, στα οποία ανατέθηκε μία κλάση (αρδευόμενο ή μη-αρδευόμενο) μέσω φωτοερμηνείας των εικόνων υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Η σύγκριση του δείγματος με το χάρτη αρδευόμενων εκτάσεων έδειξε ακρίβεια 97% και αξιοπιστία 94% και για τα δύο έτη αναφοράς. Γενικά παρατηρήθηκε μικρή αύξηση της αρδευόμενης έκτασης κατά 8% από το 1994 στο 2003, που οφείλεται κυρίως στην εγκατάσταση περισσότερων ιδιωτικών γεωτρήσεων και λιγότερο στην επέκταση των αρδευτικών δικτύων. Η προσφορά νερού, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή και η ανάπτυξη βιομάζας χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των δεικτών λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). 
Πίνακας 1. Αρδευόμενη έκταση και δείκτες λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα
[[Εικόνα: vsa1_pinakas1.jpg]] 
Περίμετρος ΤΟΕΒ ή περιοχής
[[Εικόνα: vsa1_eik2.jpg | thumb | left | Εικόνα 2. Δείκτης αποδοτικότητας αρδευτικού συστήματος (a) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]]
[[Εικόνα: vsa1_eik3.jpg | thumb | right | Εικόνα 3. Δείκτης παραγωγικότητας νερού (e) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]] 
Ο δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης (a) έχει ελάχιστα υψηλότερες τιμές το 1994 λόγω της καλύτερης αποδοτικότητας των συστημάτων άρδευσης σε ξηρότερες συνθήκες (Εικόνα 2). Αντίθετα, το 2003 η υψηλότερη βροχόπτωση ήταν η αιτία της χαμηλότερης κατανάλωσης αρδευτικού νερού σε σχέση με την παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακή ή/και υπόγεια νερά). Άλλοι παράγοντες που πιθανώς να επηρεάζουν τη μεταβολή του δείκτη (a) είναι η ελλιπής συντήρηση του δικτύου μεταφοράς και ο σταδιακός εκσυγχρονισμός του δικτύου εφαρμογής άρδευσης. 
Ο ΤΟΕΒ Προβατά παρουσιάζει πολύ χαμηλή τιμή λόγω των υψηλών απωλειών του χωμάτινου δικτύου μεταφοράς, και των υψηλών αρδευτικών απαιτήσεων της καλλιέργειας ρυζιού, η οποία απαιτεί συγχρονισμένες καλλιεργητικές και αρδευτικές εφαρμογές. Στους υπόλοιπους ΤΟΕΒ, οι υψηλότερες τιμές του δείκτη αποδοτικότητας άρδευσης οφείλονται στην ύπαρξη πιο σύγχρονου δικτύου μεταφοράς και διανομής (με επενδεδυμένες διώρυγες ή με κλειστούς αγωγούς). 
Η παραγωγικότητα νερού (p) απεικονίζει την ανάπτυξη βιομάζας για κάθε μονάδα νερού άρδευσης που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες (Εικόνα 3) η οποία εξαρτάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το είδος της καλλιέργειας, και σε μικρότερο βαθμό από τη στρεμματική απόδοση των καλλιεργειών.. Η συνολική αύξηση του δείκτη στο έτος 2003 οφείλεται στην μείωση των υδροβόρων καλλιεργειών (ρύζι) και στην εισαγωγή νέων ποικιλιών (βαμβακιού και καλαμποκιού), οι οποίες είναι πιο μικρόσωμες και επομένως παράγουν λιγότερη βιομάζα (με ταυτόχρονη αύξηση της στρεμματικής απόδοσης σε καρπό). 

'''4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ''' 
Τα συμπεράσματα που προκύπτουν σχετικά με τη χρήση των υδατικών πόρων στην περιοχή μελέτης είναι:
<li/>Παρά την υψηλή σχετική προσφορά νερού το 1994, η ανάπτυξη βιομάζας δεν ήταν ανάλογη, επομένως η επιπλέον χρήση νερού δεν αξιοποιήθηκε για την αγροτική παραγωγή.
<li/>Τα αρδευτικά συστήματα βελτιώθηκαν ούτως ώστε να έχουμε λιγότερες απώλειες, παρόλο το χαμηλό βαθμό συντήρησης των δικτύων. Αυτό οφείλεται στη σταδιακή αντικατάσταση της μεθόδου άρδευσης με καταιονισμό από τη μέθοδο της στάγδην άρδευσης, η οποία παρουσιάζει σαφώς καλύτερο βαθμό αποδοτικότητας εφαρμογής του νερού στον αγρό.
<li/>Κατά το έτος 1994 που υπήρχε χαμηλότερη διαθεσιμότητα νερού, παρατηρήθηκε υψηλή προσφορά νερού άρδευσης για να καλύψει τις αυξημένες ανάγκες των καλλιεργειών. Αυτό αποκαλύπτει μια σχετικά καλή και σταθερή στο χρόνο αποδοτικότητα του συστήματος άρδευσης, το οποίο οφείλεται σε ένα σχετικά αποτελεσματικό διαχειριστικό έργο.

[[category:Σχεδιασμός αρδευτικού δικτύου]]

ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΕΙΚΤΩΝ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ GIS ΣΤΗΝ ΠΕΔΙΑΔΑ ΣΕΡΡΩΝ

2012-03-04T08:09:41Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: IDENTIFYING WATER ACCOUNTING INDICATORS USING REMOTE SENSING AND GIS IN SERRES PLAIN''' 
'''Συγγραφείς:''' Stavrinos, E ., Th. Alexandridis , G. Galanis , and G. Zalidis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στην πεδιάδα Σερρών, όπου επί δεκαετίες ανακύπτει το πρόβλημα της ζήτησης νερού σε σχέση με την αποδοτικότητα και τη χρήση του αρδευτικού νερού, ο χαρακτηρισμός της λειτουργίας των αρδευτικών δικτύων έχει προταθεί ως ένα πρώτο βήμα επίλυσης αυτών των προβλημάτων. Στην εργασία εξετάζεται η χωρική και χρονική μεταβολή της ζήτησης και προσφοράς του αρδευτικού νερού με δορυφορική τηλεπισκόπηση και GIS προσδιορίζοντας δείκτες λογιστικής ύδατος. Διαπιστώθηκε ότι α) υπάρχει ελάχιστη βελτίωση της απόδοσης των δικτύων παρά το μικρό βαθμό συντήρησής τους, και β) κατά το έτος υψηλής διαθεσιμότητας νερού η αποδοτικότητα άρδευσης και η παραγωγικότητα νερού δεν ήταν ανάλογες με αποτέλεσμα η επιπλέον χρήση νερού να μην αξιοποιείται για την αγροτική παραγωγή. 
''Λέξεις κλειδιά : άρδευση, δείκτες λογιστικής νερού, δορυφορική τηλεπισκόπηση, GIS''

 
'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η μη ορθολογική και εντατική άσκηση της γεωργικής δραστηριότητας σε συνδυασμό με την αρδευτική χρήση του νερού έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με την υποβάθμιση των εδαφικών, των υδατικών και γενετικών πόρων (βιοποικιλότητα) που με τη σειρά τους οδηγούν στην υποβάθμιση των αγαθών και υπηρεσιών (κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις). Αυτός είναι και ο σκοπός της εργασίας, δηλαδή ο προσδιορισμός της μεταβολής των δεικτών λογιστικής ύδατος μεταξύ των αρδευτικών δικτύων στη λεκάνη απορροής του ποταμού Στρυμόνα κατά τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης και GIS για τη δημιουργία πληροφορίας ορθολογικής χρήσης των υδατικών πόρων. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε γεωγραφική μονάδα αναφοράς την περιοχή αρδευτικού δικτύου ή περιοχή ευθύνης ΤΟΕΒ, και σε δύο έτη αναφοράς, το 1994 (χαμηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων) και το 2003 (υψηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων). 

'''2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ''' 
'''''2.1. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ''''' [[Εικόνα: vsa1_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Κατηγορίες αρδευτικού νερού ανά περιοχή αναφοράς ]]
Είναι η πεδιάδα των Σερρών που υπάρχουν περισσότερα από ένα εκατομμύριο στρέμματα καλλιεργειών, από τα οποία 845.000 αρδεύονται απ' ευθείας από τον Στρυμόνα και την Κερκίνη ή από πηγές και υπόγεια ύδατα (Εικόνα 1).

'''''2.2. ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΑΡΔΕΥΟΜΕΝΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ''''' 
Για τη χαρτογράφηση των αρδευόμενων εκτάσεωνέγινε η φασματική βελτίωση των δορυφορικών εικόνων Landsat (14/09/1993, 28/06/2000 και 24/08/2000) για την παραγωγή του δείκτη βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), ο οποίος αναδεικνύει την υγιή φωτοσυνθέτουσα χλωροφύλλη και με την στην υπόθεση ότι κατά τη διάρκεια του σχεδόν άνυδρου καλοκαιριού στις αγροτικές περιοχές μόνο οι αρδευόμενες καλλιέργειες θα έχουν υψηλή συγκέντρωση υγιούς χλωροφύλλης και επομένως υψηλή τιμή του δείκτη NDVI. Με την τεχνική διαχωρισμού κατηγοριών με τιμή κατωφλίου (thresholding) χαρτογραφήθηκαν οι περιοχές με υψηλή τιμή NDVI και ορίστηκαν ως αρδευόμενες καλλιέργειες. Στη συνέχεια, ο χάρτης αρδευόμενων καλλιεργειών βελτιώθηκε μέσω γεωγραφικής σύγκρισης με τα πολύγωνα των αγροτικών ενοτήτων (ilots, κλίμακα 1:5000). Αφαιρώντας τις αρδευόμενες περιοχές που δεν είχαν χαρακτηριστεί ως αγροτικές (π.χ. φυσική βλάστηση γύρω από αρδευτικές τάφρους, κήπους σε αστικές περιοχές κ.λπ.), δημιουργήθηκε ο τελικός χάρτης αρδευόμενων περιοχών για τα έτη αναφοράς.

'''''2.3. ΠΡΟΣΦΟΡΑ ΝΕΡΟΥ''''' 
Η εκτίμηση της προσφοράς νερού ανά αρδευτικό δίκτυο προσδιορίστηκε με την επιλογή των παρακάτω κριτηρίων: 1. Πηγή υδροληψίας (είσοδος αρδευτικού νερού από υδροληψία, υδάτινο σώμα, γεωτρήσεις κλπ), 2. Αποδέκτης απορροής (κύρια έξοδος αρδευτικού νερού), 3. Προέλευση αρδευτικού νερού (επιφανειακό, υπόγειο, στράγγιση ανάντη περιοχών), 4. Μεταφορά αρδευτικού νερού (είδος αρδευτικού δικτύου), και 5. Εφαρμογή αρδευτικού νερού (μέθοδος άρδευσης). Τα παραπάνω κριτήρια απεικονίζονται στην Εικόνα 1.

'''''2.4. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΕΠΟΧΙΑΚΗ ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ (ETS)''''' 
Tο μοντέλο SEBAL εφαρμόστηκε σε μηνιαία χρονοσειρά εικόνων ΝΟΑΑ AVHRR και Landsat TM/ETM+. Ακολουθώντας τη μέθοδο που αναφέρεται στις εργασίες των Bastiaanssen et al.(2001) και Chemin and Alexandridis (2004), η ελλιπής χρονική συνιστώσα παρασχέθηκε από την καθημερινή εξατμισοδιαπνοή αναφοράς (ETr - reference evapotranspiration). Η ETr υπολογίστηκε με την τυποποιημένη μέθοδο Penman-Monteith (FAO56 - Allen et al., 1998) χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά δεδομένα που λήφθηκαν από τον σταθμό των Σερρών (Πηγή: ΕΜΥ). Για το σκοπό αυτό συντέθηκε η εικόνα [Km] = [ETa]/ETr, όπου [ETa] είναι η εικόνα ETa που υπολογίστηκε από τον απεικονιστή NOAA AVHRR και αντιπροσωπεύει τη χρονική περίοδο γύρω από τη λήψη της και ETr είναι η τιμή της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς που υπολογίστηκε από μετεωρολογικά δεδομένα για τη μέρα της λήψης της κάθε εικόνας NOAA AVHRR. Η εικόνα Km ονομάζεται κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (reference evapotranspiration fraction - ETrF) και μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας γενικευμένος φυτικός συντελεστής Kc, ο οποίος είναι ο συνδυασμός όλων των καλύψεων γης που υπάρχουν σε κάθε εικονοστοιχείο της περιοχής μελέτης. Θεωρώντας την εικόνα Km σταθερή και αντιπροσωπευτική για το χρονικό διάστημα που καλύπτει πριν και μετά τη λήψη της αντίστοιχης δορυφορικής εικόνας, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή ETs υπολογίστηκε με την εξίσωση (1): 
n 
ETS = Σ (ETa)i(Km)i (mm/εποχή) (1) 
i -1 
όπου ETa είναι η πραγματική εξατμισοδιαπνοή για 24 ώρες όπως υπολογίζεται από το μοντέλο SEBAL, Km είναι το κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, και n είναι ο αριθμός των δορυφορικών εικόνων που χρησιμοποιήθηκαν για να καλύψουν την χρονική περίοδο μελέτης. Η παραγόμενη εικόνα ETs εκφράζει τη μη σημειακή κατανάλωση νερού από όλους τους τύπους κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης.
Στη συνέχεια, έγινε βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας χρησιμοποιώντας τις εικόνες υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Το τελικό αποτέλεσμα παρουσιάζει την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή (ETs) σε μορφή ψηφιδωτού (raster) με ανάλυση 60m (pixel). Η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή των αρδευόμενων καλλιεργειών για τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου (15 Απριλίου έως 30 Σεπτεμβρίου) αντιστοιχεί στην κατανάλωση νερού από τα φυτά, ανεξάρτητα από την πηγή του νερού (άρδευση ή βροχόπτωση).

'''''2.5. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ''''' 
Για την εκτίμηση της ανάπτυξης βιομάζας χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο οικολογικής παραγωγής (ecological production model) που στηρίζεται στο ότι η πρόσληψη άνθρακα από τα φύλλα με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι ανάλογη με το ρυθμό απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας.
Για την εφαρμογή της μεθόδου, αρχικά υπολογίζεται η φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία (Photosythetically Active Radiation - PAR) από ημερήσια μετεωρολογικά δεδομένα και εικόνες δείκτη βλάστησης NDVI. Στη συνέχεια υπολογίζεται ο χάρτης ανάπτυξης βιομάζας ανά χρονική περίοδο χρησιμοποιώντας το κλάσμα εξάτμισης (Λ) που υπολογίστηκε μέσω του μοντέλου SEBAL, και τον παράγοντα μετατροπής βιομάζας από τη βιβλιογραφία (Gower et al., 1999).

'''''2.6. ΔΕΙΚΤΕΣ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ''''' 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος που συνδέονται με την αποδοτικότητα και την παραγωγικότητα του αρδευτικού συστήματος στις διάφορες γεωγραφικές μονάδες και συνδέονται με την αξιολόγηση της χρήσης του αρδευτικού νερού υπολογίστηκαν με τις παρακάτω σχέσεις : 
<li/>Δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης. 
Περιγράφει το ποσοστό του εισερχόμενου νερού άρδευσης που χρησιμοποιείται από τα φυτά. Υπολογίζεται διαιρώντας την πραγματική κατανάλωση αρδευτικού νερού από τα φυτά προς την παρεχόμενη προς το δίκτυο ποσότητα (εξίσωση 2): 
a = (ETs-R') /Qin (χωρίς μονάδες) (2) 
όπου ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή, R' η ωφέλιμη βροχόπτωση και Qin η παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακά ή/και υπόγεια νερά). 
<li/>Δείκτης παραγωγικότητας νερού. 
Περιγράφει την αξία που απορρέει από το νερό που χρησιμοποιήθηκε. Εκφράζεται ως η ανάπτυξη βιομάζας για κάθε κυβικό μέτρο νερού που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες μέσω της εξατμισοδιαπνοής (εξίσωση 3): 
p = B /ETs (kg/m3 ) (3) 
όπου Β είναι η ανάπτυξη βιομάζας και ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή. 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος επιλέχθηκαν για το χαρακτηρισμό των αρδευτικών μονάδων της περιοχής μελέτης (ΤΟΕΒ), επειδή περιγράφουν καλύτερα όλες τις απόψεις του συστήματος και τα δεδομένα εισόδου μπορούν να μετρηθούν με τις προαναφερθείσες μεθόδους. 

'''3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΖΗΤΗΣΗ''' 
Με την εφαρμογή της τηλεπισκοπικής μεθόδου καταγραφής των αρδευόμενων καλλιεργειών εκτιμήθηκε η συνολική αρδευόμενη έκταση ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). Η ακρίβεια της μεθόδου εκτιμήθηκε με ένα τυχαίο δείγμα 250 σημείων, στα οποία ανατέθηκε μία κλάση (αρδευόμενο ή μη-αρδευόμενο) μέσω φωτοερμηνείας των εικόνων υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Η σύγκριση του δείγματος με το χάρτη αρδευόμενων εκτάσεων έδειξε ακρίβεια 97% και αξιοπιστία 94% και για τα δύο έτη αναφοράς. Γενικά παρατηρήθηκε μικρή αύξηση της αρδευόμενης έκτασης κατά 8% από το 1994 στο 2003, που οφείλεται κυρίως στην εγκατάσταση περισσότερων ιδιωτικών γεωτρήσεων και λιγότερο στην επέκταση των αρδευτικών δικτύων. Η προσφορά νερού, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή και η ανάπτυξη βιομάζας χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των δεικτών λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). 

Πίνακας 1. Αρδευόμενη έκταση και δείκτες λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα
[[Εικόνα: vsa1_pinakas1.jpg]] 
Περίμετρος ΤΟΕΒ ή περιοχής
[[Εικόνα: vsa1_eik2.jpg | thumb | left | Εικόνα 2. Δείκτης αποδοτικότητας αρδευτικού συστήματος (a) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]]
[[Εικόνα: vsa1_eik3.jpg | thumb | right | Εικόνα 3. Δείκτης παραγωγικότητας νερού (e) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]] 
Ο δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης (a) έχει ελάχιστα υψηλότερες τιμές το 1994 λόγω της καλύτερης αποδοτικότητας των συστημάτων άρδευσης σε ξηρότερες συνθήκες (Εικόνα 2). Αντίθετα, το 2003 η υψηλότερη βροχόπτωση ήταν η αιτία της χαμηλότερης κατανάλωσης αρδευτικού νερού σε σχέση με την παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακή ή/και υπόγεια νερά). Άλλοι παράγοντες που πιθανώς να επηρεάζουν τη μεταβολή του δείκτη (a) είναι η ελλιπής συντήρηση του δικτύου μεταφοράς και ο σταδιακός εκσυγχρονισμός του δικτύου εφαρμογής άρδευσης. 
Ο ΤΟΕΒ Προβατά παρουσιάζει πολύ χαμηλή τιμή λόγω των υψηλών απωλειών του χωμάτινου δικτύου μεταφοράς, και των υψηλών αρδευτικών απαιτήσεων της καλλιέργειας ρυζιού, η οποία απαιτεί συγχρονισμένες καλλιεργητικές και αρδευτικές εφαρμογές. Στους υπόλοιπους ΤΟΕΒ, οι υψηλότερες τιμές του δείκτη αποδοτικότητας άρδευσης οφείλονται στην ύπαρξη πιο σύγχρονου δικτύου μεταφοράς και διανομής (με επενδεδυμένες διώρυγες ή με κλειστούς αγωγούς). 
Η παραγωγικότητα νερού (p) απεικονίζει την ανάπτυξη βιομάζας για κάθε μονάδα νερού άρδευσης που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες (Εικόνα 3) η οποία εξαρτάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το είδος της καλλιέργειας, και σε μικρότερο βαθμό από τη στρεμματική απόδοση των καλλιεργειών.. Η συνολική αύξηση του δείκτη στο έτος 2003 οφείλεται στην μείωση των υδροβόρων καλλιεργειών (ρύζι) και στην εισαγωγή νέων ποικιλιών (βαμβακιού και καλαμποκιού), οι οποίες είναι πιο μικρόσωμες και επομένως παράγουν λιγότερη βιομάζα (με ταυτόχρονη αύξηση της στρεμματικής απόδοσης σε καρπό). 

'''4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ''' 
Τα συμπεράσματα που προκύπτουν σχετικά με τη χρήση των υδατικών πόρων στην περιοχή μελέτης είναι:
<li/>Παρά την υψηλή σχετική προσφορά νερού το 1994, η ανάπτυξη βιομάζας δεν ήταν ανάλογη, επομένως η επιπλέον χρήση νερού δεν αξιοποιήθηκε για την αγροτική παραγωγή.
<li/>Τα αρδευτικά συστήματα βελτιώθηκαν ούτως ώστε να έχουμε λιγότερες απώλειες, παρόλο το χαμηλό βαθμό συντήρησης των δικτύων. Αυτό οφείλεται στη σταδιακή αντικατάσταση της μεθόδου άρδευσης με καταιονισμό από τη μέθοδο της στάγδην άρδευσης, η οποία παρουσιάζει σαφώς καλύτερο βαθμό αποδοτικότητας εφαρμογής του νερού στον αγρό.
<li/>Κατά το έτος 1994 που υπήρχε χαμηλότερη διαθεσιμότητα νερού, παρατηρήθηκε υψηλή προσφορά νερού άρδευσης για να καλύψει τις αυξημένες ανάγκες των καλλιεργειών. Αυτό αποκαλύπτει μια σχετικά καλή και σταθερή στο χρόνο αποδοτικότητα του συστήματος άρδευσης, το οποίο οφείλεται σε ένα σχετικά αποτελεσματικό διαχειριστικό έργο.

[[category:Σχεδιασμός αρδευτικού δικτύου]]

ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΕΙΚΤΩΝ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ GIS ΣΤΗΝ ΠΕΔΙΑΔΑ ΣΕΡΡΩΝ

2012-03-04T08:08:53Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: IDENTIFYING WATER ACCOUNTING INDICATORS USING REMOTE SENSING AND GIS IN SERRES PLAIN''' 
'''Συγγραφείς:''' Stavrinos, E ., Th. Alexandridis , G. Galanis , and G. Zalidis 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2011 
'''Πηγή: [http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf http://labrsgis.web.auth.gr/attachments/064_Stavrinos_EGME2011_doc.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στην πεδιάδα Σερρών, όπου επί δεκαετίες ανακύπτει το πρόβλημα της ζήτησης νερού σε σχέση με την αποδοτικότητα και τη χρήση του αρδευτικού νερού, ο χαρακτηρισμός της λειτουργίας των αρδευτικών δικτύων έχει προταθεί ως ένα πρώτο βήμα επίλυσης αυτών των προβλημάτων. Στην εργασία εξετάζεται η χωρική και χρονική μεταβολή της ζήτησης και προσφοράς του αρδευτικού νερού με δορυφορική τηλεπισκόπηση και GIS προσδιορίζοντας δείκτες λογιστικής ύδατος. Διαπιστώθηκε ότι α) υπάρχει ελάχιστη βελτίωση της απόδοσης των δικτύων παρά το μικρό βαθμό συντήρησής τους, και β) κατά το έτος υψηλής διαθεσιμότητας νερού η αποδοτικότητα άρδευσης και η παραγωγικότητα νερού δεν ήταν ανάλογες με αποτέλεσμα η επιπλέον χρήση νερού να μην αξιοποιείται για την αγροτική παραγωγή. 
''Λέξεις κλειδιά : άρδευση, δείκτες λογιστικής νερού, δορυφορική τηλεπισκόπηση, GIS''

 
'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η μη ορθολογική και εντατική άσκηση της γεωργικής δραστηριότητας σε συνδυασμό με την αρδευτική χρήση του νερού έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με την υποβάθμιση των εδαφικών, των υδατικών και γενετικών πόρων (βιοποικιλότητα) που με τη σειρά τους οδηγούν στην υποβάθμιση των αγαθών και υπηρεσιών (κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις). Αυτός είναι και ο σκοπός της εργασίας, δηλαδή ο προσδιορισμός της μεταβολής των δεικτών λογιστικής ύδατος μεταξύ των αρδευτικών δικτύων στη λεκάνη απορροής του ποταμού Στρυμόνα κατά τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης και GIS για τη δημιουργία πληροφορίας ορθολογικής χρήσης των υδατικών πόρων. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε γεωγραφική μονάδα αναφοράς την περιοχή αρδευτικού δικτύου ή περιοχή ευθύνης ΤΟΕΒ, και σε δύο έτη αναφοράς, το 1994 (χαμηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων) και το 2003 (υψηλής διαθεσιμότητας υδατικών πόρων). 

'''2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ''' 
'''''2.1. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ''''' [[Εικόνα: vsa1_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Κατηγορίες αρδευτικού νερού ανά περιοχή αναφοράς ]]
Είναι η πεδιάδα των Σερρών που υπάρχουν περισσότερα από ένα εκατομμύριο στρέμματα καλλιεργειών, από τα οποία 845.000 αρδεύονται απ' ευθείας από τον Στρυμόνα και την Κερκίνη ή από πηγές και υπόγεια ύδατα (Εικόνα 1).

'''''2.2. ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΑΡΔΕΥΟΜΕΝΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ''''' 
Για τη χαρτογράφηση των αρδευόμενων εκτάσεωνέγινε η φασματική βελτίωση των δορυφορικών εικόνων Landsat (14/09/1993, 28/06/2000 και 24/08/2000) για την παραγωγή του δείκτη βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), ο οποίος αναδεικνύει την υγιή φωτοσυνθέτουσα χλωροφύλλη και με την στην υπόθεση ότι κατά τη διάρκεια του σχεδόν άνυδρου καλοκαιριού στις αγροτικές περιοχές μόνο οι αρδευόμενες καλλιέργειες θα έχουν υψηλή συγκέντρωση υγιούς χλωροφύλλης και επομένως υψηλή τιμή του δείκτη NDVI. Με την τεχνική διαχωρισμού κατηγοριών με τιμή κατωφλίου (thresholding) χαρτογραφήθηκαν οι περιοχές με υψηλή τιμή NDVI και ορίστηκαν ως αρδευόμενες καλλιέργειες. Στη συνέχεια, ο χάρτης αρδευόμενων καλλιεργειών βελτιώθηκε μέσω γεωγραφικής σύγκρισης με τα πολύγωνα των αγροτικών ενοτήτων (ilots, κλίμακα 1:5000). Αφαιρώντας τις αρδευόμενες περιοχές που δεν είχαν χαρακτηριστεί ως αγροτικές (π.χ. φυσική βλάστηση γύρω από αρδευτικές τάφρους, κήπους σε αστικές περιοχές κ.λπ.), δημιουργήθηκε ο τελικός χάρτης αρδευόμενων περιοχών για τα έτη αναφοράς.

'''''2.3. ΠΡΟΣΦΟΡΑ ΝΕΡΟΥ''''' 
Η εκτίμηση της προσφοράς νερού ανά αρδευτικό δίκτυο προσδιορίστηκε με την επιλογή των παρακάτω κριτηρίων: 1. Πηγή υδροληψίας (είσοδος αρδευτικού νερού από υδροληψία, υδάτινο σώμα, γεωτρήσεις κλπ), 2. Αποδέκτης απορροής (κύρια έξοδος αρδευτικού νερού), 3. Προέλευση αρδευτικού νερού (επιφανειακό, υπόγειο, στράγγιση ανάντη περιοχών), 4. Μεταφορά αρδευτικού νερού (είδος αρδευτικού δικτύου), και 5. Εφαρμογή αρδευτικού νερού (μέθοδος άρδευσης). Τα παραπάνω κριτήρια απεικονίζονται στην Εικόνα 1.

'''''2.4. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΕΠΟΧΙΑΚΗ ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ (ETS)''''' 
Tο μοντέλο SEBAL εφαρμόστηκε σε μηνιαία χρονοσειρά εικόνων ΝΟΑΑ AVHRR και Landsat TM/ETM+. Ακολουθώντας τη μέθοδο που αναφέρεται στις εργασίες των Bastiaanssen et al.(2001) και Chemin and Alexandridis (2004), η ελλιπής χρονική συνιστώσα παρασχέθηκε από την καθημερινή εξατμισοδιαπνοή αναφοράς (ETr - reference evapotranspiration). Η ETr υπολογίστηκε με την τυποποιημένη μέθοδο Penman-Monteith (FAO56 - Allen et al., 1998) χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά δεδομένα που λήφθηκαν από τον σταθμό των Σερρών (Πηγή: ΕΜΥ). Για το σκοπό αυτό συντέθηκε η εικόνα [Km] = [ETa]/ETr, όπου [ETa] είναι η εικόνα ETa που υπολογίστηκε από τον απεικονιστή NOAA AVHRR και αντιπροσωπεύει τη χρονική περίοδο γύρω από τη λήψη της και ETr είναι η τιμή της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς που υπολογίστηκε από μετεωρολογικά δεδομένα για τη μέρα της λήψης της κάθε εικόνας NOAA AVHRR. Η εικόνα Km ονομάζεται κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (reference evapotranspiration fraction - ETrF) και μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας γενικευμένος φυτικός συντελεστής Kc, ο οποίος είναι ο συνδυασμός όλων των καλύψεων γης που υπάρχουν σε κάθε εικονοστοιχείο της περιοχής μελέτης. Θεωρώντας την εικόνα Km σταθερή και αντιπροσωπευτική για το χρονικό διάστημα που καλύπτει πριν και μετά τη λήψη της αντίστοιχης δορυφορικής εικόνας, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή ETs υπολογίστηκε με την εξίσωση (1): 
n 
ETS = Σ (ETa)i(Km)i (mm/εποχή) (1) 
i -1 
όπου ETa είναι η πραγματική εξατμισοδιαπνοή για 24 ώρες όπως υπολογίζεται από το μοντέλο SEBAL, Km είναι το κλάσμα εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, και n είναι ο αριθμός των δορυφορικών εικόνων που χρησιμοποιήθηκαν για να καλύψουν την χρονική περίοδο μελέτης. Η παραγόμενη εικόνα ETs εκφράζει τη μη σημειακή κατανάλωση νερού από όλους τους τύπους κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης.
Στη συνέχεια, έγινε βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας χρησιμοποιώντας τις εικόνες υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Το τελικό αποτέλεσμα παρουσιάζει την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή (ETs) σε μορφή ψηφιδωτού (raster) με ανάλυση 60m (pixel). Η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή των αρδευόμενων καλλιεργειών για τη διάρκεια της αρδευτικής περιόδου (15 Απριλίου έως 30 Σεπτεμβρίου) αντιστοιχεί στην κατανάλωση νερού από τα φυτά, ανεξάρτητα από την πηγή του νερού (άρδευση ή βροχόπτωση).

'''''2.5. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ''''' 
Για την εκτίμηση της ανάπτυξης βιομάζας χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο οικολογικής παραγωγής (ecological production model) που στηρίζεται στο ότι η πρόσληψη άνθρακα από τα φύλλα με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι ανάλογη με το ρυθμό απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας.
Για την εφαρμογή της μεθόδου, αρχικά υπολογίζεται η φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία (Photosythetically Active Radiation - PAR) από ημερήσια μετεωρολογικά δεδομένα και εικόνες δείκτη βλάστησης NDVI. Στη συνέχεια υπολογίζεται ο χάρτης ανάπτυξης βιομάζας ανά χρονική περίοδο χρησιμοποιώντας το κλάσμα εξάτμισης (Λ) που υπολογίστηκε μέσω του μοντέλου SEBAL, και τον παράγοντα μετατροπής βιομάζας από τη βιβλιογραφία (Gower et al., 1999).

'''''2.6. ΔΕΙΚΤΕΣ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΥΔΑΤΟΣ''''' 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος που συνδέονται με την αποδοτικότητα και την παραγωγικότητα του αρδευτικού συστήματος στις διάφορες γεωγραφικές μονάδες και συνδέονται με την αξιολόγηση της χρήσης του αρδευτικού νερού υπολογίστηκαν με τις παρακάτω σχέσεις : 
<li/>Δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης. 
Περιγράφει το ποσοστό του εισερχόμενου νερού άρδευσης που χρησιμοποιείται από τα φυτά. Υπολογίζεται διαιρώντας την πραγματική κατανάλωση αρδευτικού νερού από τα φυτά προς την παρεχόμενη προς το δίκτυο ποσότητα (εξίσωση 2): 
a = (ETs-R') /Qin (χωρίς μονάδες) (2) 
όπου ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή, R' η ωφέλιμη βροχόπτωση και Qin η παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακά ή/και υπόγεια νερά). 
<li/>Δείκτης παραγωγικότητας νερού. 
Περιγράφει την αξία που απορρέει από το νερό που χρησιμοποιήθηκε. Εκφράζεται ως η ανάπτυξη βιομάζας για κάθε κυβικό μέτρο νερού που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες μέσω της εξατμισοδιαπνοής (εξίσωση 3): 
p = B /ETs (kg/m3 ) (3) 
όπου Β είναι η ανάπτυξη βιομάζας και ETs η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή. 
Οι δείκτες λογιστικής ύδατος επιλέχθηκαν για το χαρακτηρισμό των αρδευτικών μονάδων της περιοχής μελέτης (ΤΟΕΒ), επειδή περιγράφουν καλύτερα όλες τις απόψεις του συστήματος και τα δεδομένα εισόδου μπορούν να μετρηθούν με τις προαναφερθείσες μεθόδους. 

'''3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΖΗΤΗΣΗ''' 
Με την εφαρμογή της τηλεπισκοπικής μεθόδου καταγραφής των αρδευόμενων καλλιεργειών εκτιμήθηκε η συνολική αρδευόμενη έκταση ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). Η ακρίβεια της μεθόδου εκτιμήθηκε με ένα τυχαίο δείγμα 250 σημείων, στα οποία ανατέθηκε μία κλάση (αρδευόμενο ή μη-αρδευόμενο) μέσω φωτοερμηνείας των εικόνων υψηλής ανάλυσης Landsat TM/ETM+. Η σύγκριση του δείγματος με το χάρτη αρδευόμενων εκτάσεων έδειξε ακρίβεια 97% και αξιοπιστία 94% και για τα δύο έτη αναφοράς. Γενικά παρατηρήθηκε μικρή αύξηση της αρδευόμενης έκτασης κατά 8% από το 1994 στο 2003, που οφείλεται κυρίως στην εγκατάσταση περισσότερων ιδιωτικών γεωτρήσεων και λιγότερο στην επέκταση των αρδευτικών δικτύων. Η προσφορά νερού, η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή και η ανάπτυξη βιομάζας χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των δεικτών λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα και έτος αναφοράς (Πίνακας 1). 

Πίνακας 1. Αρδευόμενη έκταση και δείκτες λογιστικής ύδατος ανά γεωγραφική μονάδα
[[Εικόνα: vsa1_pinakas1.jpg]] 
Περίμετρος ΤΟΕΒ ή περιοχής
[[Εικόνα: vsa1_eik2.jpg | thumb | right | Εικόνα 2. Δείκτης αποδοτικότητας αρδευτικού συστήματος (a) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]]
[[Εικόνα: vsa1_eik3.jpg | thumb | right | Εικόνα 3. Δείκτης παραγωγικότητας νερού (e) ανά περιοχή και έτος αναφοράς]] 
Ο δείκτης αποδοτικότητας άρδευσης (a) έχει ελάχιστα υψηλότερες τιμές το 1994 λόγω της καλύτερης αποδοτικότητας των συστημάτων άρδευσης σε ξηρότερες συνθήκες (Εικόνα 2). Αντίθετα, το 2003 η υψηλότερη βροχόπτωση ήταν η αιτία της χαμηλότερης κατανάλωσης αρδευτικού νερού σε σχέση με την παρεχόμενη προς το αρδευτικό δίκτυο ποσότητα (από επιφανειακή ή/και υπόγεια νερά). Άλλοι παράγοντες που πιθανώς να επηρεάζουν τη μεταβολή του δείκτη (a) είναι η ελλιπής συντήρηση του δικτύου μεταφοράς και ο σταδιακός εκσυγχρονισμός του δικτύου εφαρμογής άρδευσης. 
Ο ΤΟΕΒ Προβατά παρουσιάζει πολύ χαμηλή τιμή λόγω των υψηλών απωλειών του χωμάτινου δικτύου μεταφοράς, και των υψηλών αρδευτικών απαιτήσεων της καλλιέργειας ρυζιού, η οποία απαιτεί συγχρονισμένες καλλιεργητικές και αρδευτικές εφαρμογές. Στους υπόλοιπους ΤΟΕΒ, οι υψηλότερες τιμές του δείκτη αποδοτικότητας άρδευσης οφείλονται στην ύπαρξη πιο σύγχρονου δικτύου μεταφοράς και διανομής (με επενδεδυμένες διώρυγες ή με κλειστούς αγωγούς). 
Η παραγωγικότητα νερού (p) απεικονίζει την ανάπτυξη βιομάζας για κάθε μονάδα νερού άρδευσης που καταναλώνεται από τις καλλιέργειες (Εικόνα 3) η οποία εξαρτάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το είδος της καλλιέργειας, και σε μικρότερο βαθμό από τη στρεμματική απόδοση των καλλιεργειών.. Η συνολική αύξηση του δείκτη στο έτος 2003 οφείλεται στην μείωση των υδροβόρων καλλιεργειών (ρύζι) και στην εισαγωγή νέων ποικιλιών (βαμβακιού και καλαμποκιού), οι οποίες είναι πιο μικρόσωμες και επομένως παράγουν λιγότερη βιομάζα (με ταυτόχρονη αύξηση της στρεμματικής απόδοσης σε καρπό). 

'''4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ''' 
Τα συμπεράσματα που προκύπτουν σχετικά με τη χρήση των υδατικών πόρων στην περιοχή μελέτης είναι:
<li/>Παρά την υψηλή σχετική προσφορά νερού το 1994, η ανάπτυξη βιομάζας δεν ήταν ανάλογη, επομένως η επιπλέον χρήση νερού δεν αξιοποιήθηκε για την αγροτική παραγωγή.
<li/>Τα αρδευτικά συστήματα βελτιώθηκαν ούτως ώστε να έχουμε λιγότερες απώλειες, παρόλο το χαμηλό βαθμό συντήρησης των δικτύων. Αυτό οφείλεται στη σταδιακή αντικατάσταση της μεθόδου άρδευσης με καταιονισμό από τη μέθοδο της στάγδην άρδευσης, η οποία παρουσιάζει σαφώς καλύτερο βαθμό αποδοτικότητας εφαρμογής του νερού στον αγρό.
<li/>Κατά το έτος 1994 που υπήρχε χαμηλότερη διαθεσιμότητα νερού, παρατηρήθηκε υψηλή προσφορά νερού άρδευσης για να καλύψει τις αυξημένες ανάγκες των καλλιεργειών. Αυτό αποκαλύπτει μια σχετικά καλή και σταθερή στο χρόνο αποδοτικότητα του συστήματος άρδευσης, το οποίο οφείλεται σε ένα σχετικά αποτελεσματικό διαχειριστικό έργο.

[[category:Σχεδιασμός αρδευτικού δικτύου]]

ΔΙΑΧΕΙΡIΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

2012-03-04T08:07:53Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: ΕΝVIRONMENTAL MANAGEMENT WITH THE USE OF REMOTE SENSING''' 
'''Συγγραφείς:''' Ν. Χρυσουλάκης, Α. Ανδρίτσος, Ν. Αδακτύλου, Κ. Καρτάλης, Μ. Πετράκης 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 1999 
'''Πηγή: [http://www.iacm.forth.gr/_docs/pubs/4/Samos99.pdf http://www.iacm.forth.gr/_docs/pubs/4/Samos99.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στόχος της παρούσας εργασίας είναι να αναδείξει τη δυναμική των τρεχουσών τεχνικών και μεθοδολογιών της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και την ορθολογική διαχείρησή του. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τρεις εφαρμογές που αφορούν σε βιομηχανικά ατυχήματα, στο αστικό περιβάλλον και σε ευαίσθητα οικοσυστήματα. Σε αυτές τις εφαρμογές έχει γίνει επεξεργασία δορυφορικών εικόνων ΝΟΑΑ, SPOT και LANDSAT, καθώς και ανάπτυξη σχετικών αλγορίθμων.

'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση έχει αποδειχτεί αποτελεσματικό και χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και σημαντική πηγή πληροφοριών για το σχεδιασμό και την ενίσχυση αναπτυξιακών και παραγωγικών δραστηριοτήτων. Οι δυνατότητες λήψης εικόνων για μεγάλες περιοχές, επιλογής εικόνων κατάλληλης χωρικής ανάλυσης και συλλογής δεδομένων σε σταθερή βάση είναι μερικά από τα στοιχεία που ενισχύουν τη χρήση της τεχνικής αυτής για τη διαρκή εποπτεία του περιβάλλοντος. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσονται τρεις εφαρμογές που έχουν πραγματοποιηθεί με βάση δορυφορικά δεδομένα πλουτοπαραγωγικών και μετεωρολογικών δορυφόρων.

'''2. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ''' 
'''''2.1 Βιομηχανικά ατυχήματα''''' 
[[Εικόνα: vsa2_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Ψευδόχρωμη απεικόνιση του πλουμίου που προκλήθηκε από το ατύχημα στις εγκαταστάσεις της Shell στη Λυών της Γαλλίας στις 2 Ιουνίου 1987.]]
Στην εφαρμογή αυτή επιχειρείται η απεικόνιση πλουμίων που έχουν προκληθεί από βιομηχανικά ατυχήματα τα οποία έχουν ανιχνευτεί δορυφορικά. Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται είναι εικόνες NOAA/AVHRR υψηλής ευκρίνειας. Η απεικόνιση αυτή βασίζεται στο διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στα πλούμια, αφ' ενός από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και αφ' ετέρου από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στην υποκείμενη επιφάνεια. Ο διαχωρισμός γίνεται βάσει αλγορίθμου που εισάγει ειδικό φίλτρο για τα νέφη καθώς και για περιοχές της υποκείμενης επιφάνειας, παράγοντας τελικά μια ψευδόχρωμη σύνθεση στην οποία το πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμο.
Ειδικότερα, χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος που βασίζεται στο συνδυασμό των κανονικοποιημένων λόγων (5-1)/(5+1) και (2-1)/(2+1) των καναλιών 1 και 2 και 5 του AVHRR με στόχο το διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και στην επιφάνεια της γης. Ο πρώτος κανονικοποιημένος λόγος χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από τα νέφη και για το φιλτράρισμα των νεφών. Ο δεύτερος λόγος είναι ο γνωστός Κανονικοποιη μένος Δείκτης Βλάστησης NDVI. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ο NDVI χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από την επιφάνεια της γης και για το φιλτράρισμα των υδάτινων επιφανειών (θάλασσα και εσωτερικά νερά).
Στην πράξη, από την άλγεβρα των καναλιών 1, 2 και 5 του AVHRR δημιουργούνται δύο νέα ψευδοκανάλια: το CLD που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον πρώτο κανονικοποιη μένο λόγο και το NDVI που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον δεύτερο κανονικοποιη μένο λόγο. Τα δύο αυτά ψευδοκανάλια επιδέχονται διπλό φιλτράρισμα με τον τρόπο που έχει αναφερθεί πρωτύτερα. Αρχικά κάθε ψευδοκανάλι φιλτράρει τον εαυτό του και έπειτα δέχεται το φίλτρο που προκύπτει από το άλλο ψευδοκανάλι. Τελος παράγεται η ψευδόχρωμη RGB (CLD, NDVI, NDVI) σύνθεση των δύο εικόνων που προκύπτουν από το διπλό φιλτράρισμα.
Στην εικόνα 1 παρουσιάζεται η περιοχή της Γαλλίας όπως προκύπτει μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στις περιοχές με πυκνή νέφωση και σε υδάτινες επιφάνειες έχουν ψηφιακή τιμή 255 μετά την εφαρμογή των φίλτρων και εμφανίζονται με μαύρο χρώμα. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στο πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμα και εμφανίζονται με κόκκινο χρώμα στην περιοχή της Λυών όπου εκδηλώθηκε το ατύχημα.

'''''2.2 Αστική Θερμική Νησίδα''''' 
[[Εικόνα: vsa2_eik2.jpg | thumb | right | Εικόνα 2. Θερμοκρασία Εδάφους σε εικόνα ΝΟΑΑ AVHRR για την Αττική στις 4/7/1990 (ώρα λήψης 13:30).]]
H δεύτερη εφαρμογή έχει σαν αντικείμενο το φαινόμενο της Αστικής Θερμικής Νησίδας. Το φαινόμενο της Αστικής Θερμικής Νησίδας (Urban Heat Island -U.H.I) αποτελεί σημαντική παράμετρο του αστικού μικροκλίματος. Οι διαφορές θερμοκρασίας ανάμεσα στον αστικό ιστό και τις γύρω αγροτικές - υπαίθριες εκτάσεις μετρώνται ή υπολογίζονται με χρήση επίγειων και δορυφορικών δεδομένων. Στην παρούσα μελέτη γίνεται προσπάθεια ποιοτικής και ποσοτικής ανάδειξης του φαινομένου της Θερμικής Νησίδας για την περιοχή της Αθήνας με χρήση δορυφορικών εικόνων από ΝΟΑΑ AVHRR και LANDSAT TM.
Οι καθημερινές λήψεις εικόνων NOAA AVHRR ανά 6ωρο δίνουν την δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου σε ημερήσια και διημερήσια βάση. Κατάλληλοι αλγόριθμοι παράγουν τα επίπεδα α- CH4/NDVI (Ψηφιακή τιμή στο κανάλι 4/ Δείκτης βλάστησης) και β- θερμοκρασίας λαμπρότητας εδάφους. Ο δείκτης βλάστησης (NDVI) παράγεται από τον συνδυασμό των καναλιών 1 και 2 του AVHRR στην σχέση NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1). H υψηλή ανακλαστικότητα των φυτών στο κανάλι 2 (εγγύς υπέρυθρο) σε σχέση με το κανάλι 1 (ορατό) επιτρέπει τον εντοπισμό των εκτάσεων με φυτοκάλυψη στα εικονοστοιχεία που ο δείκτης λαμβάνει μεγάλες θετικές τιμές. H παραγωγή νέου επιπέδου με βάση την σχέση CH4/NDVI επιτρέπει την διάκριση των αστικών και ξηρών περιοχών από της φυτοκαλυμένες εκτάσεις. Οι αστικές και ξηρές εκτάσεις έχουν μεγάλες τιμές εκπομπής στο θερμικό υπέρυθρο (CH4) και μικρές τιμές NDVI σε αντίθεση με τις εκτάσεις με φυτοκάλυψη. Για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας λαμπρότητας (Brightness temperature) εφαρμόζεται η θεωρητική προσέγγιση των Becker and Li. Η θερμοκρασία εδάφους αποδίδεται σε βαθμούς Κελσίου ανά pixel εικόνας και αποθηκεύεται σε νέο επίπεδο (Εικόνα 2).
Ο συνδυασμός των παραχθέντων επιπέδων σε περιβάλλον Γ.Σ.Π. (Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφόρησης) επιτρέπει την αποτύπωση της αστικής και αγροτικής περιοχής με παραμέτρους την θερμοκρασία εδάφους και τα μετεωρολογικά στοιχεία για το λεκανοπέδιο. Το φαινόμενο παρακολουθείται σε ενδοημερήσια βάση για την περίοδο λήψης των εικόνων.
Οι εικόνες Landsat TM παρέχουν υψηλή διακριτική ικανότητα (30x30m/pixel) με δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του αστικού ιστού όπως η πυκνότητα δόμησης, βιομηχανικές ζώνες, χρήσεις γης και ανάγλυφο, κ.ά. Ο αστικός ιστός αναδεικνύεται με επεξεργασία επιβλεπόμενης ταξινόμησης (Supervised Classification) και κυρίων συνιστωσών (Principal Components). Υπολογίζεται η θερμοκρασία λαμπρότητας ανα pixel με εφαρμογή της θεωρητικής προσέγγισης του Singh. Τα παραχθέντα επίπεδα συνδυάζονται με επίπεδα Ψηφιακού Ανάγλυφου D^.M (Digital Elevation Model) και Χρήσεων Γης σε περιβάλλον Γ.Σ.Π (G.I.S). Οι συνδυασμοί των επιπέδων πραγματοποιούνται με ανάπτυξη κατάλληλων αλγορίθμων ώστε να αποτυπώνεται το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τις περισσότερες δυνατές αστικές παραμέτρους.

'''''2.3. Παρακολούθηση ευαίσθητων οικοσυστημάτων''''' 
Η τρίτη εφαρμογή αφορά στη χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση των μεταβολών που παρουσιάζονται σε ευαίσθητα οικοσυστήματα. Το εξεταζόμενο οικοσύστημα στην προκειμένη περίπτωση είναι το νησί της Μυκόνου. Η Μύκονος έχει μία έκταση 90 Km2 και υποδέχεται κάθε χρόνο πάνω από ένα εκατομμύριο επισκέπτες. Η τεράστια εποχιακή αύξηση του πληθυσμού δημιουργεί σημαντικές πιέσεις στο θαλάσσιο, παράκτιο και χερσαίο περιβάλλον του νησιού, ιδιαίτερα στις περιοχές εκείνες όπου οι υποδομές και οι υπηρεσίες δεν επαρκούν για να ανταπεξέλθουν στις αυξημένες απαιτήσεις.
Στην παρούσα εργασία γίνεται χρήση δορυφορικών αλλά και επίγειων δεδομένων για την παρακολούθηση των τάσεων που διαμορφώνονται διαχρονικά στο νησιωτικό περιβάλλον. Η συνδυασμένη μελέτη της περιοχής καλύπτει μία περίοδο 16 ετών (1982 - 1998) και επικεντρώνεται στην εκτίμηση της εξάπλωσης του αστικού ιστού, στην παρακολούθηση των φαινομένων διάβρωσης του εδάφους καθώς και στην παρακολούθηση των αλλαγών στην παράκτια ζώνη του νησιού.
Αρχικά εφαρμόζονται τεχνικές επεξεργασία εικόνας που καταλήγουν στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση των εικόνων Landsat TM (χωρική ανάλυση 30m) του νησιού. Η επεξεργασία διευκολύνεται με την συνδυασμένη χρήση εικόνων SPOT PAN (χωρική ανάλυση 10m) που επιτρέπει τη βελτίωση της χωρικής ανάλυσης των παραγόμενων χαρτών και τον καλύτερο διαχωρισμό των ορίων των διαφορετικών περιοχών, καθώς επίσης και με τη χρήση αεροφωτογραφιών που είναι διαθέσιμες για τη μελετούμενη χρονική περίοδο.
Στη συνέχεια, με την εφαρμογή κατάλληλου αλγορίθμου αποδίδονται στις διαφορετικές περιοχές του νησιού διαφορετικοί δείκτες ευαισθησίας ανάλογα με την επικρατούσα κάλυψη γης και γίνεται χαρακτηρισμός των περιοχών του νησιού σε ότι αφορά τον κίνδυνο διάβρωσης, με βάσει το DEM (Digital Elevation Model) του και τα στοιχεία που έχουν ήδη προκύψει σχετικά με τις χρήσεις και την κάλυψη γης.
Τα δύο αυτά επίπεδα πληροφορίας συνδυάζονται με τη χρήση του κατάλληλου αλγορίθμου και έτσι αποδίδονται στις διάφορες περιοχές του νησιού συνολικότεροι δείκτες ευαισθησίας, με τη δημιουργία του τελικού επιπέδου πληροφορίας (Sensitivity Analysis Layer). Παράλληλα, κατά τη διάρκεια της μελέτης γίνεται προσδιορισμός χαρακτηριστικών δεικτών (αστική / μη αστική περιοχή, ρυθμός αστικοποίησης (%)), οι οποίοι και χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των τάσεων που επικρατούν και μπορούν να αξιοποιηθούν, μέσα από την ενσωμάτωσή τους σε Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) σε ένα Πρόγραμμα Ολοκληρωμένης Διαχείρισης του νησιωτικού περιβάλλοντος.

[[category:Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις]]

ΔΙΑΧΕΙΡIΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

2012-03-04T08:07:11Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: ΕΝVIRONMENTAL MANAGEMENT WITH THE USE OF REMOTE SENSING''' 
'''Συγγραφείς:''' Ν. Χρυσουλάκης, Α. Ανδρίτσος, Ν. Αδακτύλου, Κ. Καρτάλης, Μ. Πετράκης 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 1999 
'''Πηγή: [http://www.iacm.forth.gr/_docs/pubs/4/Samos99.pdf http://www.iacm.forth.gr/_docs/pubs/4/Samos99.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στόχος της παρούσας εργασίας είναι να αναδείξει τη δυναμική των τρεχουσών τεχνικών και μεθοδολογιών της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και την ορθολογική διαχείρησή του. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τρεις εφαρμογές που αφορούν σε βιομηχανικά ατυχήματα, στο αστικό περιβάλλον και σε ευαίσθητα οικοσυστήματα. Σε αυτές τις εφαρμογές έχει γίνει επεξεργασία δορυφορικών εικόνων ΝΟΑΑ, SPOT και LANDSAT, καθώς και ανάπτυξη σχετικών αλγορίθμων.

'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση έχει αποδειχτεί αποτελεσματικό και χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και σημαντική πηγή πληροφοριών για το σχεδιασμό και την ενίσχυση αναπτυξιακών και παραγωγικών δραστηριοτήτων. Οι δυνατότητες λήψης εικόνων για μεγάλες περιοχές, επιλογής εικόνων κατάλληλης χωρικής ανάλυσης και συλλογής δεδομένων σε σταθερή βάση είναι μερικά από τα στοιχεία που ενισχύουν τη χρήση της τεχνικής αυτής για τη διαρκή εποπτεία του περιβάλλοντος. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσονται τρεις εφαρμογές που έχουν πραγματοποιηθεί με βάση δορυφορικά δεδομένα πλουτοπαραγωγικών και μετεωρολογικών δορυφόρων. 

'''2. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ''' 
'''''2.1 Βιομηχανικά ατυχήματα''''' 
[[Εικόνα: vsa2_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Ψευδόχρωμη απεικόνιση του πλουμίου που προκλήθηκε από το ατύχημα στις εγκαταστάσεις της Shell στη Λυών της Γαλλίας στις 2 Ιουνίου 1987.]]
Στην εφαρμογή αυτή επιχειρείται η απεικόνιση πλουμίων που έχουν προκληθεί από βιομηχανικά ατυχήματα τα οποία έχουν ανιχνευτεί δορυφορικά. Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται είναι εικόνες NOAA/AVHRR υψηλής ευκρίνειας. Η απεικόνιση αυτή βασίζεται στο διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στα πλούμια, αφ' ενός από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και αφ' ετέρου από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στην υποκείμενη επιφάνεια. Ο διαχωρισμός γίνεται βάσει αλγορίθμου που εισάγει ειδικό φίλτρο για τα νέφη καθώς και για περιοχές της υποκείμενης επιφάνειας, παράγοντας τελικά μια ψευδόχρωμη σύνθεση στην οποία το πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμο.
Ειδικότερα, χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος που βασίζεται στο συνδυασμό των κανονικοποιημένων λόγων (5-1)/(5+1) και (2-1)/(2+1) των καναλιών 1 και 2 και 5 του AVHRR με στόχο το διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και στην επιφάνεια της γης. Ο πρώτος κανονικοποιημένος λόγος χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από τα νέφη και για το φιλτράρισμα των νεφών. Ο δεύτερος λόγος είναι ο γνωστός Κανονικοποιη μένος Δείκτης Βλάστησης NDVI. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ο NDVI χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από την επιφάνεια της γης και για το φιλτράρισμα των υδάτινων επιφανειών (θάλασσα και εσωτερικά νερά).
Στην πράξη, από την άλγεβρα των καναλιών 1, 2 και 5 του AVHRR δημιουργούνται δύο νέα ψευδοκανάλια: το CLD που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον πρώτο κανονικοποιη μένο λόγο και το NDVI που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον δεύτερο κανονικοποιη μένο λόγο. Τα δύο αυτά ψευδοκανάλια επιδέχονται διπλό φιλτράρισμα με τον τρόπο που έχει αναφερθεί πρωτύτερα. Αρχικά κάθε ψευδοκανάλι φιλτράρει τον εαυτό του και έπειτα δέχεται το φίλτρο που προκύπτει από το άλλο ψευδοκανάλι. Τελος παράγεται η ψευδόχρωμη RGB (CLD, NDVI, NDVI) σύνθεση των δύο εικόνων που προκύπτουν από το διπλό φιλτράρισμα.
Στην εικόνα 1 παρουσιάζεται η περιοχή της Γαλλίας όπως προκύπτει μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στις περιοχές με πυκνή νέφωση και σε υδάτινες επιφάνειες έχουν ψηφιακή τιμή 255 μετά την εφαρμογή των φίλτρων και εμφανίζονται με μαύρο χρώμα. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στο πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμα και εμφανίζονται με κόκκινο χρώμα στην περιοχή της Λυών όπου εκδηλώθηκε το ατύχημα.

'''''2.2 Αστική Θερμική Νησίδα''''' 
[[Εικόνα: vsa2_eik2.jpg | thumb | right | Εικόνα 2. Θερμοκρασία Εδάφους σε εικόνα ΝΟΑΑ AVHRR για την Αττική στις 4/7/1990 (ώρα λήψης 13:30).]]
H δεύτερη εφαρμογή έχει σαν αντικείμενο το φαινόμενο της Αστικής Θερμικής Νησίδας. Το φαινόμενο της Αστικής Θερμικής Νησίδας (Urban Heat Island -U.H.I) αποτελεί σημαντική παράμετρο του αστικού μικροκλίματος. Οι διαφορές θερμοκρασίας ανάμεσα στον αστικό ιστό και τις γύρω αγροτικές - υπαίθριες εκτάσεις μετρώνται ή υπολογίζονται με χρήση επίγειων και δορυφορικών δεδομένων. Στην παρούσα μελέτη γίνεται προσπάθεια ποιοτικής και ποσοτικής ανάδειξης του φαινομένου της Θερμικής Νησίδας για την περιοχή της Αθήνας με χρήση δορυφορικών εικόνων από ΝΟΑΑ AVHRR και LANDSAT TM.
Οι καθημερινές λήψεις εικόνων NOAA AVHRR ανά 6ωρο δίνουν την δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου σε ημερήσια και διημερήσια βάση. Κατάλληλοι αλγόριθμοι παράγουν τα επίπεδα α- CH4/NDVI (Ψηφιακή τιμή στο κανάλι 4/ Δείκτης βλάστησης) και β- θερμοκρασίας λαμπρότητας εδάφους. Ο δείκτης βλάστησης (NDVI) παράγεται από τον συνδυασμό των καναλιών 1 και 2 του AVHRR στην σχέση NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1). H υψηλή ανακλαστικότητα των φυτών στο κανάλι 2 (εγγύς υπέρυθρο) σε σχέση με το κανάλι 1 (ορατό) επιτρέπει τον εντοπισμό των εκτάσεων με φυτοκάλυψη στα εικονοστοιχεία που ο δείκτης λαμβάνει μεγάλες θετικές τιμές. H παραγωγή νέου επιπέδου με βάση την σχέση CH4/NDVI επιτρέπει την διάκριση των αστικών και ξηρών περιοχών από της φυτοκαλυμένες εκτάσεις. Οι αστικές και ξηρές εκτάσεις έχουν μεγάλες τιμές εκπομπής στο θερμικό υπέρυθρο (CH4) και μικρές τιμές NDVI σε αντίθεση με τις εκτάσεις με φυτοκάλυψη. Για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας λαμπρότητας (Brightness temperature) εφαρμόζεται η θεωρητική προσέγγιση των Becker and Li. Η θερμοκρασία εδάφους αποδίδεται σε βαθμούς Κελσίου ανά pixel εικόνας και αποθηκεύεται σε νέο επίπεδο (Εικόνα 2).
Ο συνδυασμός των παραχθέντων επιπέδων σε περιβάλλον Γ.Σ.Π. (Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφόρησης) επιτρέπει την αποτύπωση της αστικής και αγροτικής περιοχής με παραμέτρους την θερμοκρασία εδάφους και τα μετεωρολογικά στοιχεία για το λεκανοπέδιο. Το φαινόμενο παρακολουθείται σε ενδοημερήσια βάση για την περίοδο λήψης των εικόνων.
Οι εικόνες Landsat TM παρέχουν υψηλή διακριτική ικανότητα (30x30m/pixel) με δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του αστικού ιστού όπως η πυκνότητα δόμησης, βιομηχανικές ζώνες, χρήσεις γης και ανάγλυφο, κ.ά. Ο αστικός ιστός αναδεικνύεται με επεξεργασία επιβλεπόμενης ταξινόμησης (Supervised Classification) και κυρίων συνιστωσών (Principal Components). Υπολογίζεται η θερμοκρασία λαμπρότητας ανα pixel με εφαρμογή της θεωρητικής προσέγγισης του Singh. Τα παραχθέντα επίπεδα συνδυάζονται με επίπεδα Ψηφιακού Ανάγλυφου D^.M (Digital Elevation Model) και Χρήσεων Γης σε περιβάλλον Γ.Σ.Π (G.I.S). Οι συνδυασμοί των επιπέδων πραγματοποιούνται με ανάπτυξη κατάλληλων αλγορίθμων ώστε να αποτυπώνεται το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τις περισσότερες δυνατές αστικές παραμέτρους.

'''''2.3. Παρακολούθηση ευαίσθητων οικοσυστημάτων''''' 
Η τρίτη εφαρμογή αφορά στη χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση των μεταβολών που παρουσιάζονται σε ευαίσθητα οικοσυστήματα. Το εξεταζόμενο οικοσύστημα στην προκειμένη περίπτωση είναι το νησί της Μυκόνου. Η Μύκονος έχει μία έκταση 90 Km2 και υποδέχεται κάθε χρόνο πάνω από ένα εκατομμύριο επισκέπτες. Η τεράστια εποχιακή αύξηση του πληθυσμού δημιουργεί σημαντικές πιέσεις στο θαλάσσιο, παράκτιο και χερσαίο περιβάλλον του νησιού, ιδιαίτερα στις περιοχές εκείνες όπου οι υποδομές και οι υπηρεσίες δεν επαρκούν για να ανταπεξέλθουν στις αυξημένες απαιτήσεις.
Στην παρούσα εργασία γίνεται χρήση δορυφορικών αλλά και επίγειων δεδομένων για την παρακολούθηση των τάσεων που διαμορφώνονται διαχρονικά στο νησιωτικό περιβάλλον. Η συνδυασμένη μελέτη της περιοχής καλύπτει μία περίοδο 16 ετών (1982 - 1998) και επικεντρώνεται στην εκτίμηση της εξάπλωσης του αστικού ιστού, στην παρακολούθηση των φαινομένων διάβρωσης του εδάφους καθώς και στην παρακολούθηση των αλλαγών στην παράκτια ζώνη του νησιού.
Αρχικά εφαρμόζονται τεχνικές επεξεργασία εικόνας που καταλήγουν στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση των εικόνων Landsat TM (χωρική ανάλυση 30m) του νησιού. Η επεξεργασία διευκολύνεται με την συνδυασμένη χρήση εικόνων SPOT PAN (χωρική ανάλυση 10m) που επιτρέπει τη βελτίωση της χωρικής ανάλυσης των παραγόμενων χαρτών και τον καλύτερο διαχωρισμό των ορίων των διαφορετικών περιοχών, καθώς επίσης και με τη χρήση αεροφωτογραφιών που είναι διαθέσιμες για τη μελετούμενη χρονική περίοδο.
Στη συνέχεια, με την εφαρμογή κατάλληλου αλγορίθμου αποδίδονται στις διαφορετικές περιοχές του νησιού διαφορετικοί δείκτες ευαισθησίας ανάλογα με την επικρατούσα κάλυψη γης και γίνεται χαρακτηρισμός των περιοχών του νησιού σε ότι αφορά τον κίνδυνο διάβρωσης, με βάσει το DEM (Digital Elevation Model) του και τα στοιχεία που έχουν ήδη προκύψει σχετικά με τις χρήσεις και την κάλυψη γης.
Τα δύο αυτά επίπεδα πληροφορίας συνδυάζονται με τη χρήση του κατάλληλου αλγορίθμου και έτσι αποδίδονται στις διάφορες περιοχές του νησιού συνολικότεροι δείκτες ευαισθησίας, με τη δημιουργία του τελικού επιπέδου πληροφορίας (Sensitivity Analysis Layer). Παράλληλα, κατά τη διάρκεια της μελέτης γίνεται προσδιορισμός χαρακτηριστικών δεικτών (αστική / μη αστική περιοχή, ρυθμός αστικοποίησης (%)), οι οποίοι και χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των τάσεων που επικρατούν και μπορούν να αξιοποιηθούν, μέσα από την ενσωμάτωσή τους σε Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) σε ένα Πρόγραμμα Ολοκληρωμένης Διαχείρισης του νησιωτικού περιβάλλοντος.

[[category:Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις]]

ΔΙΑΧΕΙΡIΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

2012-03-04T08:06:17Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: ΕΝVIRONMENTAL MANAGEMENT WITH THE USE OF REMOTE SENSING''' 
'''Συγγραφείς:''' Ν. Χρυσουλάκης, Α. Ανδρίτσος, Ν. Αδακτύλου, Κ. Καρτάλης, Μ. Πετράκης 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 1999 
'''Πηγή: [http://www.iacm.forth.gr/_docs/pubs/4/Samos99.pdf http://www.iacm.forth.gr/_docs/pubs/4/Samos99.pdf]'''
 

'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ''' 
Στόχος της παρούσας εργασίας είναι να αναδείξει τη δυναμική των τρεχουσών τεχνικών και μεθοδολογιών της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και την ορθολογική διαχείρησή του. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τρεις εφαρμογές που αφορούν σε βιομηχανικά ατυχήματα, στο αστικό περιβάλλον και σε ευαίσθητα οικοσυστήματα. Σε αυτές τις εφαρμογές έχει γίνει επεξεργασία δορυφορικών εικόνων ΝΟΑΑ, SPOT και LANDSAT, καθώς και ανάπτυξη σχετικών αλγορίθμων.

'''1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ''' 
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση έχει αποδειχτεί αποτελεσματικό και χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και σημαντική πηγή πληροφοριών για το σχεδιασμό και την ενίσχυση αναπτυξιακών και παραγωγικών δραστηριοτήτων. Οι δυνατότητες λήψης εικόνων για μεγάλες περιοχές, επιλογής εικόνων κατάλληλης χωρικής ανάλυσης και συλλογής δεδομένων σε σταθερή βάση είναι μερικά από τα στοιχεία που ενισχύουν τη χρήση της τεχνικής αυτής για τη διαρκή εποπτεία του περιβάλλοντος. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσονται τρεις εφαρμογές που έχουν πραγματοποιηθεί με βάση δορυφορικά δεδομένα πλουτοπαραγωγικών και μετεωρολογικών δορυφόρων. 

[[Εικόνα: vsa2_eik1.jpg | thumb | right | Εικόνα 1. Ψευδόχρωμη απεικόνιση του πλουμίου που προκλήθηκε από το ατύχημα στις εγκαταστάσεις της Shell στη Λυών της Γαλλίας στις 2 Ιουνίου 1987.]]
'''2. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ''' 
'''''2.1 Βιομηχανικά ατυχήματα''''' 
Στην εφαρμογή αυτή επιχειρείται η απεικόνιση πλουμίων που έχουν προκληθεί από βιομηχανικά ατυχήματα τα οποία έχουν ανιχνευτεί δορυφορικά. Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται είναι εικόνες NOAA/AVHRR υψηλής ευκρίνειας. Η απεικόνιση αυτή βασίζεται στο διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στα πλούμια, αφ' ενός από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και αφ' ετέρου από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στην υποκείμενη επιφάνεια. Ο διαχωρισμός γίνεται βάσει αλγορίθμου που εισάγει ειδικό φίλτρο για τα νέφη καθώς και για περιοχές της υποκείμενης επιφάνειας, παράγοντας τελικά μια ψευδόχρωμη σύνθεση στην οποία το πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμο.
Ειδικότερα, χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος που βασίζεται στο συνδυασμό των κανονικοποιημένων λόγων (5-1)/(5+1) και (2-1)/(2+1) των καναλιών 1 και 2 και 5 του AVHRR με στόχο το διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και στην επιφάνεια της γης. Ο πρώτος κανονικοποιημένος λόγος χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από τα νέφη και για το φιλτράρισμα των νεφών. Ο δεύτερος λόγος είναι ο γνωστός Κανονικοποιη μένος Δείκτης Βλάστησης NDVI. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ο NDVI χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από την επιφάνεια της γης και για το φιλτράρισμα των υδάτινων επιφανειών (θάλασσα και εσωτερικά νερά).
Στην πράξη, από την άλγεβρα των καναλιών 1, 2 και 5 του AVHRR δημιουργούνται δύο νέα ψευδοκανάλια: το CLD που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον πρώτο κανονικοποιη μένο λόγο και το NDVI που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον δεύτερο κανονικοποιη μένο λόγο. Τα δύο αυτά ψευδοκανάλια επιδέχονται διπλό φιλτράρισμα με τον τρόπο που έχει αναφερθεί πρωτύτερα. Αρχικά κάθε ψευδοκανάλι φιλτράρει τον εαυτό του και έπειτα δέχεται το φίλτρο που προκύπτει από το άλλο ψευδοκανάλι. Τελος παράγεται η ψευδόχρωμη RGB (CLD, NDVI, NDVI) σύνθεση των δύο εικόνων που προκύπτουν από το διπλό φιλτράρισμα.
Στην εικόνα 1 παρουσιάζεται η περιοχή της Γαλλίας όπως προκύπτει μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στις περιοχές με πυκνή νέφωση και σε υδάτινες επιφάνειες έχουν ψηφιακή τιμή 255 μετά την εφαρμογή των φίλτρων και εμφανίζονται με μαύρο χρώμα. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στο πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμα και εμφανίζονται με κόκκινο χρώμα στην περιοχή της Λυών όπου εκδηλώθηκε το ατύχημα.

[[Εικόνα: vsa2_eik2.jpg | thumb | right | Εικόνα 2. Θερμοκρασία Εδάφους σε εικόνα ΝΟΑΑ AVHRR για την Αττική στις 4/7/1990 (ώρα λήψης 13:30).]]
'''''2.2 Αστική Θερμική Νησίδα''''' 
H δεύτερη εφαρμογή έχει σαν αντικείμενο το φαινόμενο της Αστικής Θερμικής Νησίδας. Το φαινόμενο της Αστικής Θερμικής Νησίδας (Urban Heat Island -U.H.I) αποτελεί σημαντική παράμετρο του αστικού μικροκλίματος. Οι διαφορές θερμοκρασίας ανάμεσα στον αστικό ιστό και τις γύρω αγροτικές - υπαίθριες εκτάσεις μετρώνται ή υπολογίζονται με χρήση επίγειων και δορυφορικών δεδομένων. Στην παρούσα μελέτη γίνεται προσπάθεια ποιοτικής και ποσοτικής ανάδειξης του φαινομένου της Θερμικής Νησίδας για την περιοχή της Αθήνας με χρήση δορυφορικών εικόνων από ΝΟΑΑ AVHRR και LANDSAT TM.
Οι καθημερινές λήψεις εικόνων NOAA AVHRR ανά 6ωρο δίνουν την δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου σε ημερήσια και διημερήσια βάση. Κατάλληλοι αλγόριθμοι παράγουν τα επίπεδα α- CH4/NDVI (Ψηφιακή τιμή στο κανάλι 4/ Δείκτης βλάστησης) και β- θερμοκρασίας λαμπρότητας εδάφους. Ο δείκτης βλάστησης (NDVI) παράγεται από τον συνδυασμό των καναλιών 1 και 2 του AVHRR στην σχέση NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1). H υψηλή ανακλαστικότητα των φυτών στο κανάλι 2 (εγγύς υπέρυθρο) σε σχέση με το κανάλι 1 (ορατό) επιτρέπει τον εντοπισμό των εκτάσεων με φυτοκάλυψη στα εικονοστοιχεία που ο δείκτης λαμβάνει μεγάλες θετικές τιμές. H παραγωγή νέου επιπέδου με βάση την σχέση CH4/NDVI επιτρέπει την διάκριση των αστικών και ξηρών περιοχών από της φυτοκαλυμένες εκτάσεις. Οι αστικές και ξηρές εκτάσεις έχουν μεγάλες τιμές εκπομπής στο θερμικό υπέρυθρο (CH4) και μικρές τιμές NDVI σε αντίθεση με τις εκτάσεις με φυτοκάλυψη. Για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας λαμπρότητας (Brightness temperature) εφαρμόζεται η θεωρητική προσέγγιση των Becker and Li. Η θερμοκρασία εδάφους αποδίδεται σε βαθμούς Κελσίου ανά pixel εικόνας και αποθηκεύεται σε νέο επίπεδο (Εικόνα 2).
Ο συνδυασμός των παραχθέντων επιπέδων σε περιβάλλον Γ.Σ.Π. (Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφόρησης) επιτρέπει την αποτύπωση της αστικής και αγροτικής περιοχής με παραμέτρους την θερμοκρασία εδάφους και τα μετεωρολογικά στοιχεία για το λεκανοπέδιο. Το φαινόμενο παρακολουθείται σε ενδοημερήσια βάση για την περίοδο λήψης των εικόνων.
Οι εικόνες Landsat TM παρέχουν υψηλή διακριτική ικανότητα (30x30m/pixel) με δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του αστικού ιστού όπως η πυκνότητα δόμησης, βιομηχανικές ζώνες, χρήσεις γης και ανάγλυφο, κ.ά. Ο αστικός ιστός αναδεικνύεται με επεξεργασία επιβλεπόμενης ταξινόμησης (Supervised Classification) και κυρίων συνιστωσών (Principal Components). Υπολογίζεται η θερμοκρασία λαμπρότητας ανα pixel με εφαρμογή της θεωρητικής προσέγγισης του Singh. Τα παραχθέντα επίπεδα συνδυάζονται με επίπεδα Ψηφιακού Ανάγλυφου D^.M (Digital Elevation Model) και Χρήσεων Γης σε περιβάλλον Γ.Σ.Π (G.I.S). Οι συνδυασμοί των επιπέδων πραγματοποιούνται με ανάπτυξη κατάλληλων αλγορίθμων ώστε να αποτυπώνεται το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τις περισσότερες δυνατές αστικές παραμέτρους.

'''''2.3. Παρακολούθηση ευαίσθητων οικοσυστημάτων''''' 
Η τρίτη εφαρμογή αφορά στη χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση των μεταβολών που παρουσιάζονται σε ευαίσθητα οικοσυστήματα. Το εξεταζόμενο οικοσύστημα στην προκειμένη περίπτωση είναι το νησί της Μυκόνου. Η Μύκονος έχει μία έκταση 90 Km2 και υποδέχεται κάθε χρόνο πάνω από ένα εκατομμύριο επισκέπτες. Η τεράστια εποχιακή αύξηση του πληθυσμού δημιουργεί σημαντικές πιέσεις στο θαλάσσιο, παράκτιο και χερσαίο περιβάλλον του νησιού, ιδιαίτερα στις περιοχές εκείνες όπου οι υποδομές και οι υπηρεσίες δεν επαρκούν για να ανταπεξέλθουν στις αυξημένες απαιτήσεις.
Στην παρούσα εργασία γίνεται χρήση δορυφορικών αλλά και επίγειων δεδομένων για την παρακολούθηση των τάσεων που διαμορφώνονται διαχρονικά στο νησιωτικό περιβάλλον. Η συνδυασμένη μελέτη της περιοχής καλύπτει μία περίοδο 16 ετών (1982 - 1998) και επικεντρώνεται στην εκτίμηση της εξάπλωσης του αστικού ιστού, στην παρακολούθηση των φαινομένων διάβρωσης του εδάφους καθώς και στην παρακολούθηση των αλλαγών στην παράκτια ζώνη του νησιού.
Αρχικά εφαρμόζονται τεχνικές επεξεργασία εικόνας που καταλήγουν στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση των εικόνων Landsat TM (χωρική ανάλυση 30m) του νησιού. Η επεξεργασία διευκολύνεται με την συνδυασμένη χρήση εικόνων SPOT PAN (χωρική ανάλυση 10m) που επιτρέπει τη βελτίωση της χωρικής ανάλυσης των παραγόμενων χαρτών και τον καλύτερο διαχωρισμό των ορίων των διαφορετικών περιοχών, καθώς επίσης και με τη χρήση αεροφωτογραφιών που είναι διαθέσιμες για τη μελετούμενη χρονική περίοδο.
Στη συνέχεια, με την εφαρμογή κατάλληλου αλγορίθμου αποδίδονται στις διαφορετικές περιοχές του νησιού διαφορετικοί δείκτες ευαισθησίας ανάλογα με την επικρατούσα κάλυψη γης και γίνεται χαρακτηρισμός των περιοχών του νησιού σε ότι αφορά τον κίνδυνο διάβρωσης, με βάσει το DEM (Digital Elevation Model) του και τα στοιχεία που έχουν ήδη προκύψει σχετικά με τις χρήσεις και την κάλυψη γης.
Τα δύο αυτά επίπεδα πληροφορίας συνδυάζονται με τη χρήση του κατάλληλου αλγορίθμου και έτσι αποδίδονται στις διάφορες περιοχές του νησιού συνολικότεροι δείκτες ευαισθησίας, με τη δημιουργία του τελικού επιπέδου πληροφορίας (Sensitivity Analysis Layer). Παράλληλα, κατά τη διάρκεια της μελέτης γίνεται προσδιορισμός χαρακτηριστικών δεικτών (αστική / μη αστική περιοχή, ρυθμός αστικοποίησης (%)), οι οποίοι και χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των τάσεων που επικρατούν και μπορούν να αξιοποιηθούν, μέσα από την ενσωμάτωσή τους σε Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) σε ένα Πρόγραμμα Ολοκληρωμένης Διαχείρισης του νησιωτικού περιβάλλοντος.

[[category:Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T08:02:47Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης''' 
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | left | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.
Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.


[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T08:01:27Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης''' 
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | left | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.
Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T08:01:02Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | left | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.
Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T08:00:11Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | left | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.
Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T07:59:06Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | left | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.

Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T07:57:30Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.

Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T07:56:30Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών''' 
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]]
'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.

Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T07:54:15Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

[[Εικόνα: vsa5_ek1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km]]
'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών'''
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

[[Εικόνα: vsa5_ek2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)]
'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)]
'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.

Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

[[Εικόνα: vsa5_ek3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)]
'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

Αρχείο:Vsa5 ek4.jpg

2012-03-04T07:50:24Z

Vskarogiannis: Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)

Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές)

Αρχείο:Vsa5 ek3.jpg

2012-03-04T07:49:40Z

Vskarogiannis: Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθ�

Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m, β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα)

Αρχείο:Vsa5 ek2.jpg

2012-03-04T07:49:06Z

Vskarogiannis: Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)

Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992)

Αρχείο:Vsa5 ek1.jpg

2012-03-04T07:48:39Z

Vskarogiannis: Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km

Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T07:46:14Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών'''
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992) .

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.

Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m,
β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα).

Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]

ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

2012-03-04T07:45:22Z

Vskarogiannis:

'''Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing and Geographical Information Systems for Hydrologic Modeling of a River Basin: The Nestos Case''' 
'''Συγγραφείς:'''Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget 
'''Έτος δημοσίευσης:''' 2008 
'''Πηγή: [http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf http://www.topo.auth.gr/greek/ORG_DOMI/EMERITUS/TOMOS_TZIMOPOULOS/papers/Gkanoulis_Skoulikaris_Moget.pdf]'''
 

'''Περίληψη'''
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. Οι εναλλακτικές επιλογές πρέπει να εξετάσουν τις περιβαλλοντικές συνέπειες, τις επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία καθώς επίσης τους οικονομικούς και κοινωνικούς κινδύνους. Οι επιδράσεις στο περιβάλλον και η πρόληψη αυτών πρέπει να σταθμιστούν ενάντια στα οικονομικά οφέλη και τις κοινωνικές συνέπειες.

'''1. Εισαγωγή'''
Η διαχείριση υδάτων λεκανών απορροής ποταμών περιλαμβάνει μακροχρόνιες επενδύσεις (για παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, για άρδευση, για τη διαχείριση των αποβλήτων ή για λόγους περιβαλλοντικής προστασίας) που έχουν όριο ζωής τα 50 ως 100 χρόνια. Είναι απαραίτητο να γίνει μελέτη των υδρολογικών χαρακτηριστικών της συγκεκριμένης λεκάνης που περιλαμβάνουν μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικάμοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής.
Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα με μικρές εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα με μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης με σκοπό την προσομοίωση των επιφανειακών νερών του Νέστου καθώς και των φραγμάτων με απώτερο σκοπό την υλοποίηση σεναρίων σχετικά με τις μελλοντικές χρήσης γης, καθώς και των υδάτων.

'''2. Περιγραφή της περιοχής μελέτης'''
Από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου [17].
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Η ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία (Argiropoulos et al., 1996). μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας.

Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης με τον ανάγλυφο χάρτη ανάλυσης 1 km

'''3. Τηλεπισκόπηση και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών'''
'''''3.1. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης'''''
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επίδραση της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA (Altamaier and Kany, 2002) που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία ανάλυση 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS.

'''''3.2. Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ)'''''
Τα αποτελέσματα τόσο της τηλεπισκόπησης όσο και των ΓΣΠ αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως η χρήση γης, τη ροή του κυρίου ρεύματος καθώς και των παραπόταμων, τη γεωλογία και την τοπογραφία, πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη κατανόηση και απεικόνιση της λεκάνης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου, είτε ακατέργαστα είτε σε άλλη μορφή, στο υδρολογικό μοντέλο. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν, Σχήμα 2. (Ζhang and Goddard, 2003).

Σχήμα 2. Συνδυασμός τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την απεικόνιση των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης (Danko, 1992) .

'''4. Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης'''
'''''4.1. Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'''''
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al., 1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους (Σχήμα 3α). Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.

Σχήμα 3. α) Προσαρμογή του καννάβου (grid) του μοντέλου MODCOU σε δορυφορική εικόνα NASA LANDSAT TM ανάλυσης 30 m,
β) βαθμονόμηση του μοντέλου βάση των σταθμών Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα).

Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Χρησιμοποιώντας ένα κλιμακούμενο σύστημα καννάβου (grid), το υδρολογικό μοντέλο MODCOU έχει βαθμονομηθεί (calibrated) με τη χρήση μηνιαίων μετρήσεων ροής του ποταμού από τους σταθμούς Momina Kula (Βουλγαρία) και Τέμενος (Ελλάδα) όπου μετρήσεις και δεδομένα βροχόπτωσης είναι διαθέσιμα.

'''''4.2. Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'''''
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών (Σχήμα. 4).

Σχήμα 4. Προσομοίωση των φραγμάτων κατά την υπάρχουσα κατάσταση, αλλά και με την χρήση σεναρίων (αναπτυξιακά σχέδια, κλιματικές αλλαγές).

'''''5. Συμπεράσματα'''''
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της τηλεπισκόπησης, των Γ.Π.Σ και της υδρολογικής προσομοίωσης θα αναπτυχθεί και στο διαδίκτυο με τη βοήθεια της τεχνολογίας Mapserver, όπου ο χρήστης θα μπορεί να εφαρμόζει σενάρια βροχόπτωσης και να εκτιμά τόσο τα αριθμητικά αποτελέσματα όσο και τις γραφικές απεικονίσεις. Μια πρώτη εφαρμογή βρίσκεται διαθέσιμη στην διεύθυνση: http://socrates.civil.auth.gr/mapserver/map_mnhu/Data (Karakos et al., 2003).

[[category:Υδατικοί Πόροι]]