Αντικειμενοστραφής ανάλυση εικόνων IKONOS για την εξέταση της επιδημίας της ξήρανσης της Κεφαλληνιακής ελάτης στον Εθνικό Δρυμό Πάρνηθας
Από RemoteSensing Wiki
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Σκοπός της μελέτης είναι η πιλοτική διερεύνηση της κατάστασης stress των ελάτων του δρυμού ανά βαθμίδα προσβολής βάσει της οδηγίας της ΕΟΚ (Ε.Ο.Κ / 1984 “Διάγνωση και κατάσταση ζημιών στα δάση”: έντονο stress: Ι, λιγότερο έντονο stress: ΙΙ, ασθενές stress: ΙΙΙ) χρησιμοποιώντας δύο περιβαλλοντικούς δείκτες, τον κανονικοποιημένο δείκτη βλάστησης (NDVI) μέσω της αντικειμενοστραφούς ανάλυσης της εικόνας, η οποία αποτελεί προχωρημένη μέθοδο τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με την in situ παρατήρηση και την μέτρηση του δείκτη φθορισμού (fluorescence) μέσω του φασματικού οργάνου PEA (Plant Efficiency Analyser). Ο συνδυασμός της τηλεπισκόπησης και της in situ παρατήρησης έδωσαν αρκετά ικανοποιητικά αποτελέσματα ώστε να επεκταθεί πέραν του πιλοτικού σταδίου των ελάτων που παρουσιάζουν stress (έντονο stress: Ι, λιγότερο έντονο stress: ΙΙ, ασθενές stress: ΙΙΙ) σ’ όλη την έκταση του ελατοδάσους ή σε παρόμοιο δασο-περιβάλλον, χρησιμοποιώντας αμφότερους τους περιβαλλοντικούς δείκτες, για την καλύτερη διαχείριση και προστασία του Εθνικού Δρυμού Πάρνηθας.
Μεθοδολογία
Αρχικά εντοπίστηκαν οι είκοσι (20) μόνιμες δοκιμαστικές επιφάνειες στο χώρο, οι οποίες είχαν χρησιμοποιηθεί σε παλαιότερη έρευνα (Τσόπελας, 2000), με σκοπό τη λήψη των δένδρων ελάτης σε κατάσταση stress με τη βοήθεια του ψηφιακού τοπογραφικού οργάνου GPS (GS50). Οι μόνιμες επιφάνειες βρίσκονται σ’ όλη την έκταση διάπλασης του ελατοδάσους, είναι κυκλικής διατομής, η καθεμία έχει έκταση ίση με 1 στρέμμα και φέρει ένα μονοσήμαντο αριθμό (π.χ. 11) για την διάκρισή της από τις υπόλοιπες επιφάνειες. Η έκθεση τους ποικίλει (Βόρεια – Νότια – Ανατολική – Δυτική - ΝΑ-ΝΔ), όπως και η κλίση (μέτριες - πολύ υψηλές), ενώ κάθε επιφάνεια φέρει άτομα ελάτης ασθενή ή νεκρά (δένδρα προσβεβλημένα από χιονοθλασσίες ή χιονοριψίες ή ανεμοριψίες, δένδρα προσβεβλημένα από το παράσιτο Viscum album, κ.α). Με το GPS ελήφθησαν τα κέντρα των επιφανειών καθώς και τα πιο χαρακτηριστικά δένδρα ελάτης που βρίσκονται σε κατάσταση stress (Ι,ΙΙ,ΙΙΙ). Στη συνέχεια έλαβε χώρα η μακροσκοπική παρατήρηση της κατάστασης stress των δένδρων ελάτης μέσω της αντικειμενοστραφούς ανάλυσης της εικόνας χρησιμοποιώντας δορυφορικές εικόνες Ikonos (έτος 2004), ανάλυσης 1μ, με τη βοήθεια του λογισμικού eCognition. Για τη σωστή παρατήρηση του φαινομένου πρωτίστως έγινε γεωμετρική διόρθωση των εικόνων με την βοήθεια του λογισμικού προγράμματος ER-Mapper 6.4, όπου για τη διαδικασία αυτή χρησιμοποιήθηκε ψηφιακό μοντέλο εδάφους 1:20.000, καθώς και 52 επίγεια σημεία ελέγχου GCP’ s (Ground Control Points), τα οποία αναφέρονταν στα ζεύγη συντεταγμένων των κέντρων των δοκιμαστικών επιφανειών και των δένδρων ελάτης σε κατάσταση stress που είχαν ληφθεί με το GPS. Στη συνέχεια, δημιουργήθηκε το έγχρωμο σύνθετο RGB:432 ώστε να τονιστεί η βλάστηση. Η ανάλυσή της εικόνας Ikonos περιέλαβε ένα επίπεδο (Level 1) κατάτμησης (Segmentation). Για τον προσδιορισμό των βαρών των κριτηρίων κατάτμησης (φασματικό και σχήματος), ελήφθη υπόψη ότι η βλάστηση εμφανίζεται σε συγκεντρώσεις συμπαγείς, που διαφοροποιούνται φασματικά έντονα από τα ελάχιστα δομικά στοιχεία του χώρου (δρόμοι). Το επόμενο στάδιο αποτελεί η ταξινόμηση βάσει της μεθόδου της εγγύτερης γειτνίασης με χρήση του φασματικού κριτηρίου του κανονικοποιημένου δείκτη βλάστησης (NDVI)(1),
NDVI = (ΝΙR - R)/ ( ΝΙR+ R) (1)
με τη βοήθεια της συνάρτησης ασαφούς συμμετοχής, τραπεζοειδούς μορφής, καθώς και τον λόγο ¼ για την κατηγορία gaiodi, χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση της ασαφούς λογικής, τραπεζοειδούς μορφής. Εν συνεχεία έγινε η ταξινόμηση βάσει της μεθόδου της εγγύτερης γειτνίασης (standard nearest neighbor) ως προς τις μέσες φασματικές τιμές στα τρία κανάλια. Από τις 20 δοκιμαστικές επιφάνειες επιλέχθηκαν μόνο 4 δοκιμαστικές επιφάνειες με τα εξής τοπογραφικά χαρακτηριστικά: επικρατούσες κλίσεις ήπιες (10% - 20%) ή μέτριες (>20% & <45%), έκθεση νότια, νοτιοανατολική, νοτιοδυτική, με σκοπό τη λήψη δειγμάτων βελόνων ελάτης για τη μέτρηση του δείκτη φθορισμού (fluorescecnce: Fv/Fm)1 που παρουσιάζουν τα δένδρα ελάτης στις διάφορες καταστάσεις stress ( Ι, ΙΙ, ΙΙΙ). Στη συνέχεια διερευνήθηκε ο βαθμός συσχέτισης του δείκτη φθορισμού με τους δύο προαναφερθέντες αβιοτικούς παράγοντες του περιβάλλοντος βάσει της εξίσωσης μετασχηματισμού Fischer (1)
z =(1/2) * [ln(1+x)/(1-x)] (1)
όπου z: Fv/Fm, χ: έκθεση ή χ: κλίση
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα της ταξινόμησης ήταν άκρως ικανοποιητικά σ’ όλες τις δοκιμαστικές επιφάνειες, όπως φαίνεται και από τον δείκτη σταθερότητας της ταξινόμησης (Classification Stability) στην παρακάτω γραφική προβολή (Σχήμα 1).
Πηγή: Em. Psomiadis and G. Migiros, Is. Parcharidis, S. Poulos ,SHORT PERIOD CHANGE DETECTION OF SPERCHIOS LOWER DELTA AREA USING SPACE RADAR IMAGES
