Διαχείριση Παράκτιων Ζωνών/Παράκτιο Σύστημα Πληροφορίας
Από RemoteSensing Wiki
Διαχείριση Παράκτιων Ζωνών/Παράκτιο Σύστημα Πληροφορίας
D. Maktav
Πολυτεχνείο Κωνσταντινούπολης, Τμήμα Τηλεπισκόπησης, Maslak 34469, Κωνσταντινούπολη, Τουρκία
Αντικείμενο Εφαρμογής: Διαχείριση Παράκτιας Ζώνης
Σκοπός Εφαρμογής: Στην παρούσα εργασία, μια σημαντική συνιστώσα της διαχείρισης και επίβλεψης της παράκτιας ζώνης αναλύθηκε (coastal zone monitoring CZM), με βάση ένα Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών στην περιοχή μελέτης, που δηλώθηκε ως ειδικά προστατευόμενη περιοχή από την τουρκική κυβέρνηση και εξηγήθηκε η σημασία και η αποτελεσματικότητα της ακρίβειας των δεδομένων του εδάφους καθώς και τα διαστημικά δεδομένα από για την μελέτη του περιβάλλοντος και την διαχείριση των υδατικών πόρων.
Περίληψη
Η Τουρκία, είναι ένα παραθαλάσσιο έθνος, που έχει έναν αυξανόμενο αριθμό προβλημάτων, τόσο φυσικά όσο και από ανθρωπογενείς παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τόσο τη μορφοδυναμική λειτουργία όσο και τις οικολογικές διεργασίες της παράκτιας ζώνης. Για την χρήση, την προστασία, την ανάπτυξη, και, όπου είναι δυνατόν, την αποκατάσταση και την ενίσχυση των υδατικών πόρων των περιοχών αυτών για την τρέχουσα περίοδο αλλά και τις μελλοντικές, καταρτίστηκαν εθνικά προγράμματα διαχείρισης και επίβλεψης της παράκτιας ζώνης CZM τα οποία είναι αναγκαία. και απαιτούν διεπιστημονική προσέγγιση και επικεντρώνονται γενικά στα εξής σημεία:
- εξισορρόπηση των παράκτιων δραστηριοτήτων για να εξασφαλιστεί ότι το περιβάλλον παραμένει υγιές για τις επόμενες γενιές.
- διατήρηση, προστασία, την ανάπτυξη, και, όπου είναι δυνατόν, την αποκατάσταση και ενίσχυση των πόρων των παράκτιων ζωνών για το παρόν και το μέλλον.
- η ενθάρρυνση και στήριξη των τοπικών και κυβερνητικών αρχών να ασκούν αποτελεσματικά τις ευθύνες τους στην διαχείριση της παράκτιας ζώνης για την επίτευξη συνετών χρήσεων γης και των υδάτινων πόρων της παράκτιας ζώνης, λαμβάνοντας πλήρως υπόψη το οικολογικό, πολιτιστικό, ιστορικό, και τις αισθητικές αξίες, καθώς και τις ανάγκες για οικονομική ανάπτυξη.
- η ενθάρρυνση της προετοιμασίας της ειδικής διαχείρισης της περιοχής σχεδιάζει να παρέχει αύξηση της εξειδίκευσης στην προστασία των σημαντικών φυσικών πόρων, τη βελτίωση της προστασίας της ζωής και της περιουσίας σε επικίνδυνες περιοχές, και να βελτιωθεί η προβλεψιμότητα στο κυβερνητικό σύστημα λήψεων αποφάσεων.
- ενθάρρυνση της συμμετοχής, της συνεργασίας και του συντονισμού των πολιτών και των πολιτειακών και τοπικών φορέων και των κυβερνήσεων που επηρεάζουν συνολικά την παράκτια ζώνη.
Περιοχή Μελέτης
Η ειδικά προστατευόμενη περιοχή Koycegiz-Dalyan, που βρίσκεται στο ΝΔ τμήμα της Τουρκίας στην επαρχία Mugla, έχει επιλεγεί ως παράκτια ζώνη που περιλαμβάνει πολύ ευρύ φάσμα των παράκτιων οικοσυστημάτων όπως λιμνοθάλασσες, παραλίες, υγρότοπους, μικρά νησιά, φυσικό κανάλι, δάση, ποτάμια, και περιοχές βλάστησης. Η περιοχή περιλαμβάνει την λιμνοθάλασσα Koycegiz μήκους 10 χλμ. σε φυσικό κανάλι νερού που συνδέεται με τη θάλασσα, και μια παράκτια ζώνη της Μεσογείου (Εικόνα 1). Τα περισσότερα μέρη της περιοχής είναι ορεινά με διακυμάνσεις στο υψόμετρο από 50 έως πάνω από 1.450 μ.
Συλλογή Δεδομένων
Η πρώτη φάση της μελέτης ήταν η συλλογή των στοιχείων του εδάφους και τα διαστημικά δεδομένα τα οποία θα επιτρέπουν την επεξεργασία τους με Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Ορισμένα από αυτά τα δεδομένα, όπως δεδομένα από το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (Global Positioning System GPS), δεδομένα βαθυμετρίας καθώς και της ποιότητας των υδάτων, μετρήθηκαν άμεσα ή ορισμένα από αυτά, όπως χαρτογραφικά, δημογραφικά, και μετεωρολογικά δεδομένα, ελήφθησαν από κυβερνητικούς και ιδιωτικούς οργανισμούς.
Δεδομένα Εδάφους και Βοηθητικά Δεδομένα
Τα δεδομένα που πάρθηκαν από το έδαφος είναι τα εξής:
- Χάρτες τοπογραφικοί, κάλυψης/χρήσης γης
- Δημογραφικά Δεδομένα
- Μετεωρολογικά Δεδομένα
- Υδρολογικά και Ωκεανογραφικά Δεδομένα
- Μετρήσεις βασισμένες στο Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS)
- Δεδομένα Βαθυμετρίας
Διαστημικά Δεδομένα
Τα διαστημικά δεδομένα προέρχονται από οκτώ ραντάρ ERS-SAR, πέντε δορυφορικές εικόνες από τον Landsat-TM και μία δορυφορική εικόνα από τον SPOT-P και μία ψηφιακή φωτογραφική εικόνα KFA-1000 και τα κύρια χαρακτηριστικά τους παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Επίσης, ελήφθησαν αεροφωτογραφίες σε κλίμακα 1/ 40.000 και 1/16.000 που αναλύθηκαν κατά τη φάση της φωτοερμηνείας.
Επεξεργασία των δεδομένων Τηλεπισκόπησης
Επεξεργασία Οπτικών Δεδομένων Τηλεπισκόπησης από τους δορυφόρους (LANDSAT-TM, SPOT-P AND KFA-1000 Τα δεδομένα LANDSAT-TM χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση των υδάτων και τις χρήσεις γης σε σχέση με την μεταβολή του χρόνου. Για το νερό, έγιναν μετρήσεις της ποιότητας των υδάτων με τρεις συγχρονισμένες διαβάσεις από τον δορυφόρο LANDSAT. Αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιήθηκαν για την βαθμονόμηση των δορυφορικών εικόνων LANDSAT με σκοπό να προεκτείνουν τις πληροφορίες στο χώρο και τον χρόνου. Για τη γη, τα υποστηρικτικά στοιχεία παρέχονται μέσω της εργασίας στο έδαφος και μέσω της φωτοερμηνείας αεροφωτογραφιών, ρωσικών φωτογραφικών στοιχείων, και εικόνων SPOT-P. Τα στάδια επεξεργασίας είναι τα εξής:
Προεπεξεργασία
Μια προσεκτική εξέταση έδειξε ότι υπήρχαν στοιχεία που έλειπαν όσο και επαναλαμβανόμενα στοιχεία στα δορυφορικά δεδομένα του 1984 από τις εικόνες του Θεματικού Χαρτογράφου TM. Η θέση των στοιχείων που λείπουν και των λανθασμένων καθορίζονται από ασυνέχειες στο πεδίο της συσχέτισης στην εντατικοποιημένη έκδοση της διαδικασίας αυτόματης καταχώρησης.
Αντιστοίχιση-Καταχώρηση Εικόνας
Οι εικόνες από τις διαφορετικές λήψεις ή από τους διαφορετικούς αισθητήρες πρέπει να καταχωρηθούν σε ένα κοινό σύστημα συντεταγμένων, ώστε να είναι χρήσιμες. Αυτό το σύστημα συντεταγμένων μπορεί να είναι μία από τις εικόνες ή μπορεί να είναι μια προβολή χάρτη. Κάθε μετατροπή σε ένα άλλο σύστημα συντεταγμένων δεν συνεπάγεται μόνο την απώλεια της ραδιομετρικής διακριτικής ικανότητας μέσω της ανανέωσης και αναγέννησης της εικόνας (resampling), αλλά είναι εξαιρετικά χρονοβόρα και επιρρεπής σε λάθη. Σε αυτή τη μελέτη, η αντιστοίχιση μεταξύ των εικόνων γίνεται με τη χρήση τοπικών συσχετισμών, όσον αφορά τις συχνότητες. Το αποτέλεσμα είναι ένας χάρτης συσχέτισης, καθώς και η θέση του στοιχείου με τη μέγιστη συσχέτιση δίνει την απαραίτητη μεταβολή των συντεταγμένων x, y ώστε να είναι η πιο αντιπροσωπευτική. Όλες οι εικόνες LANDSAT καταχωρήθηκαν μεταξύ τους λαμβάνοντας ως εικόνα βάσης τις εικόνες 1995 από τον θεματικό χαρτογράφο (Thematic Mapper) TM.
Φιλτράρισμα - Ενίσχυση άκρης
Για την βέλτιστη οπτική ερμηνεία, εφαρμόστηκε φίλτρο Laplacian, με έναν πυρήνα 3×3 σε μέγεθος, στις εικόνες από SPOT-P και KFA-1000 για να ενισχυθούν τα οπτικά όρια μεταξύ των περιοχών με χρήση της αντίθεσης φωτεινότητας.
Συγχώνευση Δεδομένων
Η συγχώνευση των δεδομένων που έχουν ληφθεί από πολλούς αισθητήρες είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη διαδικασία λόγω της συμπληρωματικότητας των διαφόρων συνόλων δεδομένων. Ανάμεσα στις πολλές τεχνικές για το συνδυασμό ψηφιακών δεδομένων, η μέθοδος Intensity-Hue-Saturation (IHS) χρησιμοποιείται για συγχώνευση, τόσο για τις εικόνες LANDSAT-TM όσο και για τις SPOT-P/KFA-1000. Σε αυτή την εργασία, τρία φασματικά κανάλια της λήψης του 1996 από τον θεματικό χαρτογράφο TM (φασματικά κανάλια 7, 4 και 1) επιλέγονται και μετατρέπονται σε χώρο IHS. Η υψηλότερη χωρική διακριτική ικανότητα των εικόνων, SPOT-P/KFA-1000, αφού επιμηκυνθούν, αντικατέστησε την συνιστώσα έντασης της εικόνας πριν οι δορυφορικές εικόνες μετασχηματιστούν στις αρχικές συνθήκες χρώματος δηλαδή (Κόκκινο, Πράσινο, Μπλε) (RGB).
Ταξινόμηση
Λόγω της μεγάλης περιοχής που καλύπτεται, το φάσμα των τύπων κάλυψης και η σπανιότητα των στοιχείων εδάφους, η μέθοδος της μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε για να χαρακτηρίσει τις δορυφορικές εικόνες που ελήφθησαν το 1984, το 1988 και το 1991 από τον δορυφόρο LANDSAT. Στατιστικά στοιχεία από τη συσπείρωση χρησιμοποιήθηκαν ως εισροή στη μέθοδο ταξινόμησης της μέγιστης-πιθανότητας η οποία χρησιμοποιήθηκε επίσης ως προσέγγιση επιβλεπόμενης ταξινόμησης για τις πιο πρόσφατες εικόνες LANDSAT. Οι κατηγορίες που, προφανώς ήταν πάρα πολύ μεγάλες ή περιείχαν πολλά είδη κάλυψης στην περιοχή-μελέτης συγκεντρώθηκαν και ερμηνεύθηκαν ξανά. Τα κύρια απομονωμένα είδη κάλυψης εδαφών στην περιοχή μελέτης είναι οι αστικές περιοχές, οι υδάτινες περιοχές, οι ανοικτοί χώροι (γυμνό έδαφος και αντιπαραγωγική γη), χώροι πρασίνου (δάση βλάστηση) και υγρότοποι. Τα αποτελέσματα από τις ταξινομήσεις ερμηνεύονται από τα βοηθητικά στοιχεία από τοπογραφικούς χάρτες, αεροφωτογραφίες, KFA-1000, την τοπική γνώση και τις φασματικές και διαχρονικές ιδιότητες των τάξεων. Τα ρωσικά δεδομένα παρέχουν εξαιρετική χωρική διάκριση μεταξύ των φυσικών και πολιτιστικών χαρακτηριστικών στο παράκτιο περιβάλλον. Συνεπώς, τα χαρακτηριστικά χρήσης γης οριοθετούνται και αξιολογούνται πιο εύκολα.
Γεωκωδικοποίηση
Οι εικόνες που έχουν ταξινομηθεί διορθώνονται γεωμετρικά με βάση το εθνικό προβολικό σύστημα UTM, προκειμένου αυτές να ενταχθούν σε ένα σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών. Σε αυτή τη διαδικασία, αναγνωρίζονται εύκολα 35 σημεία ελέγχου που επελέγησαν για όλες τις εικόνες και έτσι υπολογίζονται όλες οι συντεταγμένες. Το δεύτερο βήμα ήταν να υπολογιστούν οι άγνωστοι συντελεστές για πρώτου και/ή δευτέρου βαθμού πολυωνυμικών εξισώσεων. Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα RMS μειώθηκε σε αποδεκτό επίπεδο (± 0,5 εικονοστοιχεία) με την άρση των GCPs με το μεγαλύτερο μέσο τετραγωνικό σφάλμα RMS. Τέλος, η μέθοδος της κυβικής συνέλιξης αναγέννησης (resampling) εφαρμόστηκε στην φάση της αναγέννησης (resampling).
Επεξεργασία Δεδομένων από Ραντάρ (ERS 1/2)
Οι εικόνες ERS 1/2 SAR χρησιμοποιούνται κυρίως για την οριοθέτηση των υγροβιοτόπων, ως μέτρο για την υπέργεια βιομάζα από ξύλο με ενσωμάτωση βοηθητικών γνώσεων. Στο πλαίσιο αυτής της μελέτης, τα δεδομένα από τους αισθητήρες ERS 1/2 αξιολογήθηκαν με βάση την φωτοερμηνεία καθώς την επιβλεπόμενη κατάταξη. Ένα βασικό πλεονέκτημα της φωτοερμηνείας των δεδομένων ERS SAR είναι η πιθανή οριοθέτηση των τοπογραφικών και γεωμορφολογική μονάδων. Τα στάδια επεξεργασίας είναι τα εξής:
Φιλτράρισμα
Ο θόρυβος Speckle, ο οποίος παρατηρείται συνήθως σε δεδομένα ραντάρ, πρέπει να μειωθεί πριν τα δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά. Τα φίλτρα που χρησιμοποιήθηκαν είναι τα Lee, Mean, Frost, Gamma, Kuan και τοπικά φίλτρα Sigma και ένα μέσο φίλτρο, με πυρήνα σε μέγεθος 3×3 βρέθηκε να είναι το πιο αποτελεσματικό για την φωτοερμηνεία από τον μεγέθους 5×5 πυρήνα.
Καταχώρηση
Οι οκτώ φθίνουσες εικόνες SAR ξανά καταχωρήθηκαν για να δημιουργήσουν μία βάση δεδομένων με πολλά χαρακτηριστικά. Αυτό επιτυγχάνεται με τη λήψη των δεδομένων της εικόνας της 17 Αυγούστου ως μια εικόνα βάσης. Ύστερα διορθώνονται γεωμετρικά χρησιμοποιώντας τοπογραφικούς χάρτες κλίμακας 1/25.000 για την βάση δεδομένων του Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών. Κατά τη διαδικασία εγγραφής, η (Layover) και η σκίαση που παράγονται από το ορεινό ανάγλυφο του εδάφους έκανε την επιλογή επαρκών και ομοιογενών περιοχών δύσκολη. Ωστόσο, ο γραμμικός μετασχηματισμός με μέσο τετραγωνικό σφάλμα RMS ±0,5 εικονοστοιχεία, με 10 και 15 σημεία γίνεται για την καταχώρηση και την γεωκαταχώρηση αντίστοιχα εκ νέου.
Ταξινόμηση
Σε αυτή την εργασία, τα εικονοστοιχεία με βάση την επιβλεπόμενη ταξινόμηση χρησιμοποιούνται για να καταταχτούν οι εκ νέου καταχωρημένες (coregistered) εικόνες SAR. Λόγω της εσφαλμένης ταξινόμησης μεταξύ των υδάτων και της γης και της ύπαρξης Layover και της σκίασης που παράγεται από το ορεινό ανάγλυφο του εδάφους, οι τομείς των υδάτων και των βουνών επικαλύπτονταν με αποτέλεσμα οι εικόνες να ανακαταταχτούν.
Ανίχνευση Αλλαγής
Με το συνδυασμό διαφορετικών ημερομηνιών, τα δεδομένα ERS SAR μπορούν να προσφέρουν ένα πλεονέκτημα σε σχέση με τα οπτικά στοιχεία για την ανίχνευση μίας μεταβολής. Οι μεγάλες περιοχές των δασών δεν μεταβάλλονται σημαντικά, είτε εντός του έτους ή μεταξύ των ετών, επειδή καλύπτονται από μη εποχικές και πολυετείς καλλιέργειες δένδρων και δασών. Όταν υπάρχει σημαντική αλλαγή, όπως η καλλιέργεια και η φύτευση νέων καλλιεργειών, αυτό μπορεί να εμφανισθεί καθαρά και γρήγορα από τα φωτεινά χρώματα. Βαθμονόμηση Για την παρακολούθηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών, βαθνονομούνται τα δεδομένα ERS από το 1996. Η διαδικασία βαθμονόμησης περιγράφεται από το ESR SAR (Calibration Reference) έγγραφο αναφοράς που εφαρμόστηκε για τον υπολογισμό του συντελεστή διασποράς (backscattering).
Αποτελέσματα
Ψηφιακή Βάση Δεδομένων και Παράκτιο Πρότυπο Σύστημα Πληροφοριών Μια βάση δεδομένων για την πιλοτική περιοχή του Koycegiz-Dalyan των μεσογειακών ακτών της Τουρκίας έχει αυτοματοποιηθεί με χρήση του λογισμικού ArcView. Αυτή η βάση δεδομένων έχει οριστεί για να επιδείξει τις δυνατότητες του Παράκτιου Προτύπου Συστήματος Πληροφοριών ώστε να διδάξει αναλυτικές δυνατότητες στη διαμόρφωση υποθέσεων. Επιπλέον, ο ψηφιοποιημένος τοπογραφικός χάρτης, ο χάρτης χρήσης γης και γεωκωδικοποποιημένα δορυφορικά δεδομένα (ERS 1/2, Landsat-TM, SPOT-P, KFA-1000) έχουν οριοθετηθεί και χαρτογραφηθεί για το σύνολο της παράκτιας ζώνης. Τα τοπογραφικά και χρήσεων γης δεδομένα ψηφιοποίηθηκαν με χρήση του λογισμικού AutoCAD και μετατράπηκαν σε σχηματικά αρχεία του λογισμικού ArcView GIS.
Συμπεράσματα
Οι Τουρκικές παραθαλάσσιες ζώνες της Μεσογείου είναι ζωτικής σημασίας για τον τουρισμό, την οικολογία και τους φυσικούς πόρους. Για την ισορροπία των παράκτιων δραστηριοτήτων εξασφαλίζεται ότι το περιβάλλον εξακολουθεί να είναι υγιές για τις επόμενες γενιές, μέσω των εθνικών προγραμμάτων διαχείρισης παράκτιων ζωνών (Coastal Zone Management CZM) τα οποία καθίστανται αναγκαία. Όπως φάνηκε από τη μελέτη, ένα πιλοτικό παράκτιο σύστημα πληροφορίας έχει οριστεί για την καταγραφή, το χειρισμό και την ανάλυση των οικολογικών δεδομένων παρακολούθησης που συλλέγονται στην περιοχή μελέτης Koycegiz-Dalyan στις μεσογειακές ακτές της Τουρκίας. Οι κύριες λειτουργίες του συστήματος είναι η παροχή, γρήγορα και εύκολα, απαντήσεων σε χρήσιμες ερωτήσεις σχετικά αβιοτικών και βιοτικών παραμέτρων της παράκτιας ζώνης.
