ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΔΑΣΩΝ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφέας

Δωροθέα Αυφαντοπούλου

Στόχος εφαρμογής

Η ανάπτυξη επιχειρησιακού συστήματος διαχρονικής παρακολούθησης των δασικών περιοχών βασισμένο σε πληροφορίες που λαμβάνονται από δορυφορικούς δέκτες.

Μεθοδολογία

Δορυφορικά Δεδομένα

Για την ανάπτυξη της εφαρμογής χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής χωρικής ανάλυσης Landsat ETM 7 (MS), Landsat ETM 7 (PAN), Landsat TM 5(MS) και SPOT 2 (PAN) με χωρική ανάλυση 30μ, 15μ, 30μ και 10μ αντίστοιχα ενώ οι λήψεις είχαν γίνει το 2002 και το 1990. Μετά την ορθοδιόρθωση το σύνολο των δορυφορικών εικόνων απέκτησε ενιαία χωρική ανάλυση 15μ.

Επεξεργασία Δορυφορικών Δεδομένων

Διαδικασία παραγωγής μωσαϊκού για την περιοχή μελέτης (Mosaic 1990)

• Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (20μ) - Ψηφιακή επεξεργασία υψομετρικών καμπυλών (κλ. 1:50000)

• SPOT P (1990/10μ) ορθο- Ορθοδιόρθωση (Εικόνα/χάρτης)

• Landsat TM (1990/30μ) ορθο- Γεωμετρική Διόρθωση (Εικόνα/εικόνα)

• Landsat TM (1990/15μ) ορθο- Resolution merge (Landsat TM+ SPOT P)

Διαδικασία παραγωγής μωσαϊκού για την περιοχή μελέτης (Mosaic 2002)

• Landsat ETM 7 (2002/15μ)- Resolution merge (Landsat ETM 7, ΧS+PAN)

• Landsat ETM 7 (2002/15μ) ορθο- Γεωμετρική Διόρθωση (Εικόνα/εικόνα) αναφορικά με Landsat TM (1990/15μ) ορθο

Εικόνα1: Ορθομωσαϊκά περιοχής μελέτης. (α) Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους, (β) Ορθομωσαϊκό 1990, (γ) Ορθομωσαϊκό 2002

Επεξεργασία χαρτογραφικού υποβάθρου χρήσης/κάλυψης Οι χάρτες σαρώθηκαν και προέκυψαν αρχεία συνεχούς τόνου με 256 επίπεδα του γκρι, τα ψηφιακά αυτά αρχεία υπέστησαν γεωμετρική διόρθωση και τέλος μετατράπηκαν σε δυαδικά αρχεία (εικόνα 2β) για την διευκόλυνση της ψηφιοποίησης, η οποία έγινε με τεχνικές ημι-αυτόματης παρακολούθησης γραμμών. Για την διασφάλιση της γεωμετρικής συνοχής των δεδομένων, πραγματοποιήθηκε γεωμετρική διόρθωση του συνόλου των διανυσματικών αρχείων που προέκυψαν από την ψηφιοποίηση ώστε να συμπίπτουν τα όρια των πολυγώνων με τα όρια των χρήσεων/καλύψεων(εικόνα 2γ).

Εικόνα 2: Ψηφιακή Επεξεργασία χαρτών χρήσης/κάλυψης (α) Ψηφιακό αρχείο σαρωμένων χαρτών (β) Γεωμετρικά Διορθωμένο Δυαδικό αρχείο, (γ) Αποτέλεσμα Δευτερογενούς Διόρθωση διανυσματικών δεδομένων σε σχέση με την ορθοεικόνα που συντάχθηκε από τα δορυφορικά δεδομένα SPOT P (1990).

Tα δεδομένα που προέκυψαν από την επεξεργασία του χαρτογραφικού υποβάθρου χρησιμοποιήθηκαν για την σύνταξη του δείγματος στο οποίο βασίσθηκε η εκπαίδευση του ταξινομητή και η αξιολόγηση της ταξινόμησης των δορυφορικών εικόνων για το έτος 1990.

Διαχείριση Ονοματολογίας

Η πληροφορία κάλυψης που παρέχεται από τους χάρτες διαφέρει από εκείνη των προδιαγραφών των τελικών προϊόντων για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε ημιαυτόματη αντιστοίχιση των κωδικών σε περιβάλλον ΣΓΠ με τεχνικές διαχείρισης και υπέρθεσης χαρτών.

Επίγειες καταγραφές

Οι διαστάσεις των δειγματοληπτικών τομέων ήταν 1kmΧ1km και αποτελούσαν το 5% της συνολικής έκτασης της περιοχής μελέτης (επιλέχθηκαν με τυχαία στρωματοποιημένη δειγματοληψία). Ο συνολικός αριθμός των δειγματοληπτικών τομέων (Δ.Τ.) ανέρχεται σε 929 και η διαστρωμάτωση της περιοχής έγινε σε 5 στρώματα (βάση δεδομένων Corine Land Cover). Τα αποτελέσματα των καταγραφών ενσωματώθηκαν στο ΣΓΠ όπου οι ΔΤ έχουν κωδικοποιηθεί ενιαία και για καθένα η πληροφορία που έχει αποθηκευθεί αφορά στο στρώμα στο οποίο ανήκει, στο είδος του δειγματοληπτικού τομέα, τα διακριτά πολύγωνα των χρήσεων/καλύψεων με τους αντίστοιχους κωδικούς και τα σημεία και οι κωδικοί των φωτογραφιών που έχουν ληφθεί. Οι επίγειες καταγραφές χρησιμοποιήθηκαν για την εκπαίδευση του ταξινομητή και την αξιολόγηση της ταξινόμησης των δορυφορικών εικόνων του 2002.

Εικόνα 3: Δειγματοληπτικοί τομείς επίγειων καταγραφών και στρωματοποίηση

Αυτόματη ταξινόμηση

Η ταξινόμηση πραγματοποιήθηκε για τα έτη 1990 και 2002 ανά στρώμα (stratum) και ανά εικόνα με χρήση του ταξινομητή μέγιστης πιθανοφάνειας (maximum likelihood). Για την βελτιστοποίηση του τελικού αποτελέσματος η επεξεργασία υλοποιήθηκε σε δύο στάδια. Σε ένα πρώτο στάδιο οι εικόνες ταξινομήθηκαν σε δύο κατηγορίες (Δάσος και Μη Δάσος) και στη συνέχεια στο εσωτερικό της κάθε μιας από τις παραπάνω περιοχές πραγματοποιήθηκε η ταξινόμηση που αφορούσε στο σύνολο των θεματικών κατηγοριών.(Εικόνα 4)

Εικόνα 4: Θεματικός Χάρτης Δάσος/Μη δάσος (1990)& Χρήσεων/καλύψεων γης 2002

Εντοπισμός αλλαγών κάλυψης

Για τον εντοπισμό και εκτίμηση των αλλαγών κάλυψης γης τα ψηφιδωτά προϊόντα χρήσης κάλυψης μετατράπηκαν σε διανυσματικά. Στη συνέχεια με εργαλεία διαχείρισης και υπέρθεσης χαρτών εντοπίσθηκαν οι αλλαγές ενώ συγχρόνως αλλαγές που οφειλόταν σε μικροδιαφορές της γεωμετρίας απαλείφθηκαν με χρήση κατάλληλου. Στην εικόνα που ακολουθεί (Εικόνα 6) αναδεικνύεται το σύνολο των αλλαγών που εντοπίσθηκαν στην περιοχή μελέτης.

Εικόνα 5: Αλλαγές καλύψεων/χρήσεων 1990-2002

Αξιολόγηση αποτελεσμάτων

Η ακρίβεια της ταξινόμησης και των τελικών προιόντων ήταν αντικείμενο ελέγχου ο οποίος διενεργήθηκε λαμβάνοντας υπόψη το 25% των δειγματοληπτικών τομέων. Για την εκτίμηση της ακρίβειας πραγματοποιήθηκε, σε επίπεδο pixel, στατιστική σύγκριση του αποτελέσματος της ταξινόμησης με τα στοιχεία των καταγραφών. Το αποτέλεσμα της επεξεργασίας κατέδειξε ότι η συνολική ακρίβεια της ταξινόμησης ήταν της τάξης του 95% και για τα δύο έτη.

Συμπεράσματα

Με την υφιστάμενη υποδομή σε δορυφορικά συστήματα και την τεχνολογία επεξεργασίας είναι δυνατή η παραγωγή συστηματικής, αντικειμενικής, ενημερωμένης και ομοιογενούς πληροφορίας που καλύπτει τις ανάγκες σε δεδομένα όπως αυτές διαμορφώνονται από την συμμετοχή της χώρας σε διεθνή fora.