Εφαρμογή της Τηλεπισκόπησης και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών στη χαρτογράφηση του κινδύνου δασικών πυρκαγιών

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς Emilio Chuvieco Russell G. Congalton

Πηγή Application of Remote Sensing and Geographic Information Systems to Forest Fire Hazard Mapping

Εισαγωγή

Η έρευνα για τις δασικές πυρκαγιές είναι μία από τις πολλές κατάλληλες εφαρμογές των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφορίας. Λαμβάνοντας υπόψη την εγγενή δυναμική αυτού του φαινομένου, εικόνες τηλεπισκόπησης είναι επίσης πολύτιμες για αυτό το είδος μελέτης. Η εργασία αυτή ασχολείται με την εφαρμογή και των δύο μεθόδων, GIS και τηλεπισκόπησης, για τη χαρτογράφηση των κινδύνων για πυρκαγιά.

Μοντέλα επικινδυνότητας πυρκαγιάς

Οι πρώτες εφαρμογές της τηλεπισκόπησης στη χαρτογράφηση δασικών πυρκαγιών προέρχονται από τη δεκαετία του 1960, όταν αρκετοί εναέριοι υπέρυθροι σαρωτές εξετάστηκαν για την ανίχνευση τοπικών πυρκαγιών. Με την ανάπτυξη του προγράμματος Landsat, πολλά σχέδια διεξήχθησαν για να εξεταστεί η αξιοπιστία των δορυφορικών εικόνων για τη χαρτογράφηση και απογραφή των δασικών πυρκαγιών. Εκτός όμως από αυτές τις λειτουργίες, η τηλεπισκόπηση έχει επίσης χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για τη χαρτογράφηση του κινδύνου πυρκαγιάς. Έχει χρησιμοποιηθεί επίσης ψηφιακή επεξεργασία εικόνων Landsat MSS για τη χαρτογράφηση των καυσίμων και της βλάστησης. Μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση για τη χαρτογράφηση του κινδύνου πυρκαγιάς αναπτύχθηκε για το έργο FIRESCOPE, στο οποίο η βλάστηση (από εικόνες Landsaat) γεωαναφερόταν, μαζί με χαρακτηριστικά όπως κλίση, υψόμετρο, πτυχή, έδαφος, ηλιοφάνεια, διαθεσιμότητα νερού και χρονολογικές φωτιές, για να παραχθούν πολύ ενδιαφέροντα μοντέλα. Τα τελευταία χρόνια τέλος, πολλά έργα έχουν αποδείξει τη χρησιμότητα εικόνων AVHRR για την έρευνα των δασικών πυρκαϊών.

Στόχοι

Στόχος της εργασίας ήταν η δημιουργία μιας αξιόπιστης μεθόδου για τη χαρτογράφηση του κινδύνου πυρκαγιάς σε ένα μεσογειακό περιβάλλον. Δύο αρχικές πτυχές ενσωματώνονται στην παρούσα μελέτη. Πρώτον, η χρήση εικόνων υψηλής ανάλυσης. Δεύτερον, η επιλογή της περιοχής δοκιμής που είχε ήδη πληγεί από δασικές πυρκαγιές.

Μέθοδοι

Γεωγραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής δοκιμής

Η περιοχή δοκιμής βρίσκεται στη μεσογειακή ακτή της Ισπανίας. Η υπό μελέτη περιοχή είχε διαταραχθεί από μια σημαντική δασική πυρκαγιά τον Αύγουστο του 1985. Η περιοχή έχει τα τυπικά χαρακτηριστικά ενός περιβάλλοντος της Μεσογείου και ως εκ τούτου κατατάσσεται ως ζώνη υψηλής επικινδυνότητας για δασικές πυρκαγιές. Η τοπογραφία της περιοχής είναι πολύπλοκη λόγω της παρουσίας πολλών παράκτιων περιοχών, γεγονός που περιπλέκει ιδιαίτερα την ψηφιακή ταξινόμηση της εικόνας.

Μια ολοκληρωμένη προσέγγιση

Οι μεταβλητές που χρησιμοποιήθηκαν στο μοντέλο είναι: είδος βλάστησης, υψόμετρο, κλίση, πτυχή, εγγύτητα σε δρόμους και μονοπάτια, κάμπινγκ, ή κτίρια. Κάθε μία από αυτές τις μεταβλητές, θεωρήθηκε ως ένα διαφορετικό στρώμα πληροφοριών για την ολοκληρωμένη ανάλυση. Η καμμένη γη έγινε διακριτή χρησιμοποιώντας μια εικόνα από Thematic Mapper, η οποία αποκτήθηκε λίγες ώρες μετά την πυρκαγιά.

ΕΙΚΟΝΑ 1: Ψευδοχρωματικό σύνθετο από εικόνα του Thematic Mapper της περιοχής μελέτης. Αστική γη και νερό καλύφθηκαν με στόχο τη βελτίωση της διάκρισης των κατηγοριών βλάστησης. Η περιοχή που επηρεάζεται από την πυρκαγιά είναι με λευκό περίγραμμα.

ΕΙΚΟΝΑ 2: Χάρτης κινδύνου. Για τους σκοπούς της εμφάνισης, ολόκληρο το φάσμα των τιμών του δείκτη επικινδυνότητας έχει διαιρεθεί σε τρεις κατηγορίες: 1) υψηλής επικινδυνότητας (1-100) 2) μεσαίας επικινδυνότητας (101-200) 3) χαμηλής επικινδυνότητας (201-255).

Χαρτογράφηση βλάστησης

Ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει την εξάπλωση μιας δασικής πυρκαγιάς είναι το είδος και τα χαρακτηριστικά της βλάστησης. Η παραδοσιακή ταξινόμηση εικόνων Landsat τείνει να δημιουργεί χάρτες κάλυψης γης, που χωρίζουν τη βλάστηση σε ομοιογενείς ζώνες διαφορετικών ειδών ή σε ζώνες διαφόρων ενοτήτων. Στην εργασία αυτή, η χαρτογράφηση της βλάστησης βελτιώθηκε με τη χρήση εικόνων TM αντί MSS. Η βελτίωση αυτή μπορεί να αποδώσει καλύτερα τις διακρίσεις της πυκνότητας των δασών και τη διάρθρωσή τους, αλλά έχει και αυξημένη ανίχνευση του εδάφους. Η εικόνα που επιλέχθηκε για την επεξεργασία είχε αποκτηθεί στις 26 Ιουνίου 1984. Χρησιμοποιώντας οπτική ανάλυση, καλύψεις όπως το νερό και η αστική γη αφαιρέθηκαν από την ανάλυση με τη χρήση χωρικών τεχνικών κάλυψης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκαν τεχνικές επιβλεπόμενης ταξινόμησης στις εικόνες TM. Μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση χρησιμοποιήθηκε για τη συμπλήρωση της διαδικασίας.

Τοπογραφικά δεδομένα

Η τοπογραφία είναι ένας από τους κύριους παράγοντες που περιλαμβάνονται σε κάθε σύστημα κινδύνου πυρκαγιάς. Μεταξύ των στοιχίων της τοπογραφίας μιας περιοχής, η κλίση θεωρείται ο πιο κρίσιμος παράγοντας. Η κλίση των πρανών, οι πτυχές και το υψόμετρο, συνήθως λαμβάνονται από ψηφιακά μοντέλα εδάφους. Για την περιοχή μελέτης δημιουργήθηκε ένα μοντέλο αναγλύφου από τοπογραφικούς χάρτες κλίμακας 1:50.000.

Ανάλυση εγγύτητας

Τα μονοπάτια και οι οδικές τοποθεσίες είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας στη χαρτογράφηση κινδύνου πυρκαγιάς. Στην εργασία αυτή, οι δρόμοι και τα μονοπάτια ψηφιοποιήθηκαν και αναλύθηκαν με τη χρήση Η/Υ ARC/INFO. Μια ζώνη επιρροής των 50m καθιερώθηκε για τις κύριες οδούς, ενώ απόσταση 150m επιλέχθηκε για μονοπάτια και αντιπυρικές ζώνες.

Μοντελοποίηση κινδύνου φωτιάς

Στη μελέτη αυτή, η πρόθεση ήταν να ενοποιηθούν τα χωρικά επίπεδα δεδομένων σε ένα ενιαίο δείκτη κινδύνου πυρκαγιάς, ο οποίος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για χαρτογράφηση αργότερα. Πέντε στρώματα πληροφοριών ήταν διαθέσιμα: βλάστηση, κλίση, πτυχή, υψόμετρο και εγγύτητα στους δρόμους. Η προσέγγιση που υιοθετήθηκε για την ανάπτυξη του χάρτη κινδύνου πυρκαγιάς ακολούθησε διάφορα στάδια. Πρώτον, κάθε στρώμα δεδομένων σταθμίστηκε ανάλογα με τις επιπτώσεις του στην αύξηση του κινδύνου πυρκαγιάς. Δεύτερον, κάθε στρώμα δεδομένων στη συνέχεια χωρίστηκε σε διαφορετικά επίπεδα που ορίστηκαν με συντελεστή 0, 1 και 2 με βάση την κατάταξη υψηλής, μεσαίας και χαμηλής επικινδυνότητας πυρκαγιάς, αντίστοιχα. Συνοπτικά, ο τελικός τύπος του δείκτη επικινδυνότητας μπορεί να εκφραστεί ως: H = 1 + 100V + 30s + 10 + 5R + 2e, όπου v, s, α, r, και e, είναι οι συντελεστές που εφαρμόζονται στη βλάστηση, κλίση, πτυχή , δρόμους, και τιςομάδες υψομέτρων, αντίστοιχα. Ένα πρόγραμμα FORTRAN γράφτηκε για την εκτέλεση αυτών των υπολογισμών και για τη δημιουργία μιας 8-bit δυαδικής εικόνας. Αυτή η εικόνα θα μπορούσε στη συνέχεια να επιστρώνεται σε ένα χάρτη της καμμένης γης, που λήφθηκε από μια εικόνα Thematic Mapper μετά την πυρκαγιά.

Αποτελέσματα

Απόκτηση των επιπέδων πληροφορίας

Η βλάστηση προέκυψε από συνδυασμένη επιβλεπόμεη και μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση μιας εικόνας TM, που αποκτήθηκε στις 26 Ιουνίου 1984. Η κλίση και οι πτυχές υπολογίστηκαν από τα υψομετρικά δεδομένα. Προκειμένου να διατηρηθεί το αρχικό σχήμα των δρόμων, η ανάλυση πραγματοποιήθηκε από ένα διανυσματικό πρόγραμμα GIS.

Χαρτογράφηση κινδύνου πυρκαγιάς

Ο τελικός χάρτης επικινδυνότητας εμφανίζεται στην εικόνα 2. Γεωμετρικές διορθώσεις επέτρεψαν την υπέρθεση αυτής της εικόνας με εκείνη που αποκτήθηκε μετά την πυρκαγιά. Θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι το μοντέλο είχε κακές επιδόσεις στην πρόβλεψη της καμένης περιοχής. Ωστόσο, θα πρέπει να αναφερθεί ότι το μοντέλο προσπάθησε να προβλέψει τον κίνδυνο πυρκαγιάς και όχι τη συμπεριφορά της. Από την άποψη αυτή, το μοντέλο μπορεί να θεωρηθεί ως πιο αξιόπιστη λύση.

Συμπεράσματα

Μια ολοκληρωμένη ανάλυση των χωρικών μεταβλητών είναι πολύτιμη για την έρευνα των δασικών πυρκαγιών. Η τηλεπισκόπηση προσφέρει τα δεδομένα για τη βλάστηση, ενώ η επεξεργασία τους με συστήματα GIS κατέστησε δυνατή τη δημιουργία μοντέλων κινδύνου πυρκαγιάς. Το προτεινόμενο μοντέλο εκτελείται σωστά για τον εντοπισμό των περιοχών που υπόκεινται σε υψηλότερο κίνδυνο πυρκαγιάς.