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 Εθνικού Δρυμού Πάρνηθας 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).
Σχήμα 1.Η σταθερότητα ταξινόμησης του τμήματος της εικόνας του σχήματος 4
Εν συνεχεία από τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης του δείκτη φθορισμού ως προς την έκθεση και κλίση προέκυψε ότι ο δείκτης φθορισμού παρουσιάζει έντονη διακύμανση στις 4 επιλεγμένες δοκιμαστικές επιφάνειες, δίνοντας ακρίβεια αποτελεσμάτων κατά 95%, - συγκεκριμένα τα δένδρα ελάτης των νοτίων εκθέσεων παρουσιάζουν έντονη κατάσταση stress Ι σε σχέση μ’ αυτά των νοτιοδυτικών και νοτιοανατολικών εκθέσεων και τα οποία με τη σειρά τους παρουσιάζουν από έντονο έως λιγότερο έντονο stress (ΙΙ, ΙΙΙ) -, καθώς και ότι υπάρχει σημαντική στατιστική διαφοροποίηση μεταξύ των δύο κατηγοριών κλίσεων (ήπιες, μέτριες), με όριο σφάλματος 0,5 και συγκεκριμένα τα άτομα ελάτης που φύονται σε μέτριες κλίσεις παρουσιάζουν εντονότερο stress Ι σε σχέση με εκείνα που φύονται σε ήπιες κλίσεις (stress ΙΙ, ΙΙΙ).
Συμπεράσματα
Οι μέχρι τώρα σχετικές έρευνες για τη ξήρανση της ελάτης στον Εθνικό Δρυμό Πάρνηθας, βασίζονται σε κλασσικές μεθόδους της επιστήμης της δασολογίας, δηλαδή σε επίγειους ελέγχους, μετρήσεις ογκομετρικών στοιχείων, λήψη δειγμάτων όπως βελόνες, δείγμα φλοιού, παχυμετρήση, κ.α. Η παρούσα έρευνα στηρίζεται σε σύγχρονες μεθόδους παρατήρησης και αποτύπωσης της γης, συνδυάζοντας με τον τρόπο αυτό την μακροσκοπική έρευνα (τηλεπισκόπηση) με την in situ παρατήρηση, ενώ ακόμη παρόμοια έρευνα δεν έχει μέχρι στιγμής λάβει χώρα στον Εθνικό Δρυμό Πάρνηθας, στο σύνολο της επικράτειας. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν πράγματι ότι σε πολύ μεγάλο βαθμό δύναται να χρησιμοποιηθεί ο συνδυασμός των δύο περιβαλλοντικών δεικτών: κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης (ndvi) και του δείκτη φθορισμού (fluorescence) για την εκτίμηση της φυτοϋγειονομικής κατάστασης του ελατοδάσους και κατά προέκταση ενός δασικού περιβάλλοντος, με σκοπό την καλύτερη διαχείριση και προστασία του. Μελλοντικά προτείνεται η μελέτη του Κανονικοποιημένου δείκτη βλάστησης (ndvi) με την μέθοδο της αντικειμενοστραφούς ανάλυσης τονίζοντας τα κριτήρια του σχήματος και όχι τόσο τα φασματικά κριτήρια, ενώ ακόμη προτείνεται η μελέτη του δείκτη φθορισμού (Fv/Fm) σε κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος.
Πηγή:Φωτεινή Ι. Κόκλα, Δημήτριος Π. Αργιαλάς, Κωνσταντίνος Κασσιός,Αντικειμενοστραφής ανάλυση εικόνων IKONOS για την εξέταση της επιδημίας της ξήρανσης της Κεφαλληνιακής ελάτης (Abies cephalonica) στον Εθνικό Δρυμό Πάρνηθας
