Τηλεπισκόπηση αποψιλωμένων περιοχών για τη διαχείριση των τροπικών δασών

Από RemoteSensing Wiki

Remote sensing of selective logging impact for tropical forest management

Τηλεπισκόπηση αποψιλωμένων περιοχών για τη διαχείριση των τροπικών δασών

Carlos de Wasseige, Pierre Defourny

Department of Environmental Sciences and Land use Planning, Universite´ Catholique de Louvain, Place Croix du Sud, 2 bte 16, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgium

Ημερομηνία δημοσίευσης 14 Ιουλίου 2003

Αντικείμενο εφαρμογής

Αντικείμενο της εφαρμογής αποτελεί η έρευνα του κατά πόσο είναι εφικτό και των τεχνικών προδιαγραφών που απαιτούνται για την ανάπτυξη ενός συστήματος διαχείρισης με σκοπό την παρακολούθηση της αποψίλωσης των τροπικών δασών. Η έρευνα βασίζεται στη μέθοδο της τηλεπισκόπησης, η οποία ενώ μπορεί να ανιχνεύσει εκτάσεις στις οποίες έχουν καταστραφεί τα δάση, δεν μπορεί να δώσει ακριβή απάντηση για την αιτία ( ανθρωπογενής παρέμβαση ή φυσική καταστροφή ) της κατάστασης. Ωστόσο οι αποψιλώσεις ήταν εύκολο να παρατηρηθούν και να ταυτοποιηθούν λόγω της εντοπισμένης μεγάλης συγκέντρωσης γυμνών περιοχών και εξαιτίας των γραμμικών στοιχείων των ιχνών ολίσθησης των κορμών.

Η μελέτη των αποψιλωμένων περιοχών

Στα κείμενα των διεθνών συνδιασκέψεων για την προστασία του περιβάλλοντος όπως αυτό στο Ρίο το 1992 και με το πρωτόκολλο του Κιότο το 1997 κ. ά. βασική προϋπόθεση αποτελεί η πιστοποίηση της προέλευση της ξυλείας και η διαχείριση των τροπικών δασών με σκοπό την επίτευξη μιας βιώσιμης ανάπτυξης. Πιο συγκεκριμένα απαιτείται η πιστοποίηση της παραγωγής των αγαθών και λειτουργιών διατηρώντας τις εκτάσεις των δασών και τα δομικά και οικολογικά χαρακτηριστικά τους. Οι αποφάσεις αυτές αφορούν κυρίως στην αντιμετώπιση των αρνητικών επιπτώσεων της ανθρώπινης παρέμβασης στα δάση, καθώς όπως υποστηρίζεται στη σχετική μελέτη για την αποψίλωση των δασών των Putz et al. ( 2000 ) η βιομηχανία της ξυλείας προκαλεί τις πιο σοβαρές συνέπειες στο οικοσύστημα τόσο άμεσα όσο και έμμεσα. Ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την επίτευξη των παραπάνω στόχων είναι η τηλεπισκόπηση, με την οποία είναι δυνατή η έγκαιρη και αξιόπιστη πληροφόρηση για την κατάσταση των δασικών εκτάσεων με απώτερο σκοπό τη λήψη αποφάσεων για το σχεδιασμό και τη διαχείριση των φυσικών πόρων ( Laporte and Justice, 2000 ). Η δυσκολία ανίχνευσης των αποψιλωμένων εκτάσεων με την τηλεπισκόπηση σε σχέση με αυτές που έχουν κοπεί τα δέντρα βάσει σχεδιασμού ή λόγω φυσικών καταστροφών έγκειται στο γεγονός ότι η επιφάνεια απομένει ως ένα μωσαϊκό από άθικτο δάσος, με χάσματα εκτάσεων από πεσμένους κορμούς δέντρων, τους βασικούς και βοηθητικούς δρόμους, τις περιοχές φόρτωσης των φορτηγών με την ξυλεία καθιστώντας αμφισβητήσιμη μία αυτοματοποιημένη διαδικασία ταξινόμησης για τον προσδιορισμό της περιοχής και του μεγέθους της αποψίλωσης του δάσους ( Stone and Lefebvre, 1998 ).

Στόχο της συγκεκριμένης έρευνας αποτελεί η βελτίωση της ανίχνευσης και της παρακολούθησης των ενεργειών της αποψίλωσης των δασών σε τοπική κλίμακα χάρη στην καλύτερη κατανόηση της τηλεπισκόπησης πάνω από τα τροπικά δάση. Επομένως απαραίτητη προϋπόθεση αποτελεί η κατανόηση των αλλαγών της δομής και της οικολογίας που λαμβάνει χώρα σε ένα αποψιλωμένο δάσος σε σχέση με ένα ανέπαφο με τη βοήθεια του δορυφορικού σήματος. Παράμετροι του σήματος σε σχέση με τα τροπικά δάση αποτελούν η πυκνότητα της πράσινης βιομάζας και η εποχική εναλλαγή στην περιοχή, η δομή των Θόλων, τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας των στοιχείων του Θόλου, τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας και ο ηλιασμός και η γεωμετρία του ( Gerstl, 1996 ). Η υποστήριξη του σήματος χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος, τη χωρική και ραδιομετρική ανάλυση του αισθητήρα. Επομένως στόχος αυτής της εργασίας είναι η μελέτη αυτών των παραγόντων της τηλεπισκόπησης στα τροπικά δάση.

Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα που παρατηρούμε μέσω της τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση αποψιλωμένων δασών είναι οι γραμμικοί σχηματισμοί που παρατηρούνται στο έδαφος από τους πεσμένους κορμούς δέντρων, η κατεστραμμένη βλάστηση κάτω από τον Θόλο του δάσους, το δυσδιάκριτο γυμνό έδαφος και σε πολλές περιπτώσεις οι καθιζήσεις των εδαφών στα σημεία αυτά λόγω της μετακίνησης των μεγάλων φορτηγών για τη μεταφορά της ξυλείας.

Η μελέτη των αποψιλωμένων περιοχών στην περιοχή έρευνας

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο τροπικό δάσος του Ngotto, στα νοτιοδυτικά της Κεντρικής Αφρικανικής Δημοκρατίας ( περίπου στα Β 3ο 40΄ – 4ο 10΄ και Α 17ο 00΄ - 17ο 30΄ ). Η περιοχή χαρακτηρίζεται από τροπικό κλίμα με μία πιο ξηρή περίοδο γύρω στον Δεκέμβριο με Φεβρουάριο και μία μέση βροχόπτωση να είναι στα 1650mm το χρόνο σε συνδυασμό με έντονη υγρασία.

Για τη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από 6SPOT XS ( για τη χρονική περίοδο Δεκέμβριος 1995 – Ιούλιος 1996 ) και δύο ακόμη Landsat – TM ( για τη χρονική περίοδο Νοέμβριος 1990 – Ιανουάριος 1995 ) ενώ είναι γνωστό ότι για την επιλεγμένη περιοχή έρευνας η αποψίλωση σταμάτησε το 1989. Κάθε μία από αυτές τις εικόνες διορθώθηκαν γεωμετρικά με χρήση πολυωνυμικής φόρμας. Η εικόνα αναφοράς ήταν η απεικόνιση από Synthetic Aperture Radar ( SAR ) χωρικής ανάλυσης 6m, με λήψη τον Απρίλιο του 1993 και η οποία διορθώθηκε με βάση το σφαιροειδές WGS – 84 και προβλήθηκε σε σύστημα συντεταγμένων UTM. Το σφάλμα Root Mean Square Error κατορθώθηκε να είναι μικρότερο από 1 pixel. Αρχικά πραγματοποιήθηκαν έλεγχος, ταξινόμηση, επεξεργασία της υφής, οπτική « μετάφραση » των εικόνων και όλες οι παράμετροι σχετικά με τα τροπικά δάση ελέγχθηκαν συστηματικά. Ένας ανασταλτικός παράγοντας ήταν το γεγονός ότι η αποψίλωση των δασών γινόταν ορατή μόνο σε κάποια pixels της πιο καλής χωρικής ανάλυσης, με αποτέλεσμα η συχνή νεφοκάλυψη των τροπικών δασών να προκαλεί προβλήματα. Οι διαφορετικές θέσεις του ήλιου και του αισθητήρα ανάλογα με το σκοπό της ανάλυσης μπορεί να δώσει σαφή εικόνα για το τροπικό δάσος και να αποφευχθεί η σκίαση των χαμηλότερων σημείων από τα ψηλά δέντρα ( de Wasseige and Defourny, 2002 ).

Αποτελέσματα μελέτης

Στο έγχρωμο σύνθετο της εικόνας Landsat του 1990 με το εγγύς υπέρυθρο, το μέσο υπέρυθρο και το κόκκινο στα κόκκινο, πράσινο και μπλε, το δάσος απεικονίζεται με κόκκινο και τα ίχνη της αποψίλωσης με ανοιχτό μπλε ή γαλάζιο ανάλογα με τις εμφανίσεις του γυμνού εδάφους. Αυτή η αντίθεση ήταν ιδανική για την αυτόματη ανίχνευση των ζητούμενων τμημάτων με την ταχεία μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση. Μετά την ταξινόμηση των τμημάτων σε « δάσος » και « αποψιλωμένες περιοχές » ανάλογα με την οπτική παρατήρηση της εικόνας, παρατηρήθηκε ότι τα σημεία στα οποία η αποψίλωση είχε σταματήσει για το χρονικό διάστημα των πέντε ετών γίνονταν όλο και λιγότερο ευδιάκριτα, με αποτέλεσμα η παραπάνω τεχνική να μην βοηθάει για την διάκριση των περιοχών. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκαν διάφορα εργαλεία εξειδικευμένων λογισμικών ούτως ώστε να αναγνωριστούν αυτές οι περιοχές, οι οποίες έφεραν μία γραμμική μορφή.

Ακόλουθα παρατηρήθηκε ότι τόσο για την Landsat όσο και για την SPOT εικόνα ότι το εγγύς υπέρυθρο κανάλι απέδιδε την καλύτερη αντίθεση μεταξύ του δάσους και των περιοχών αποψίλωσης.

Συμπεράσματα

Από τη μελέτη προέκυψε ότι υψηλής ανάλυσης δορυφορικές εικόνες αποτέλεσαν ένα ικανό εργαλείο για την ανίχνευση των αποψιλωμένων δασών. Ωστόσο η εις βάθος ανάλυση απαίτησε γνώση σχετικά με τη βλάστηση και την εποχική συμπεριφορά της ατμόσφαιρας της περιοχής. Ένα πρόβλημα που παρουσιάστηκε στις εικόνες της συγκεκριμένης περιοχής ήταν η συχνή νεφοκάλυψη λόγω της υψηλής υγρασίας του τροπικού δάσους.

Όσο αφορά στις παραμέτρους της αποψίλωσης που κλήθηκαν να μελετηθούν, η έκταση του φαινομένου ανιχνεύθηκε από τα ίχνη της μεταφοράς των κορμών, ενώ η ένταση από τη σύγκριση του ποσοστού των pixels που υπερβαίνει ένα δεδομένο κατώτατο όριο συντελεστή ανάκλασης έναντι του ποσοστού που υπάρχει στην περιοχή. Και για τους δύο δείκτες η καλύτερη προσέγγιση ήταν η σύγκριση μεταξύ του δάσους και των αποψιλωμένων περιοχών στις δορυφορικές εικόνες.

Σε γενικές γραμμές κρίνεται ότι ένα σύστημα που συνδυάζει μεγάλης χρονικής διάρκειας δορυφορική πληροφορία με μειωμένη χωρική ανάλυση και αισθητήρες υψηλής χωρικής ανάλυσης προσφέρει περισσότερες δυνατότητες για τη ζητούμενη παρακολούθηση των αποψιλωμένων περιοχών. Καταληκτικά σημειώνεται ότι η ανίχνευση των αποψιλωμένων τμημάτων των δασών αποτελεί συνδυασμένη δράση τόσο των παραπάνω τεχνικών χαρακτηριστικών των δορυφορικών εικόνων όσο και γνώσεων σχετικά με το κλίμα, το χρονικό διάστημα που έχει σταματήσει η αποψίλωση στην περιοχή, τη βλάστηση και τις επικρατούσες κλιματικές συνθήκες κατά τη διάρκεια λήψης της δορυφορικής εικόνας.