Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ

Από RemoteSensing Wiki

Αυθεντικός τίτλος: THE GEOMORPHOMETRIC DESCRIPTION OF CLUTER MAPS
Λέξεις κλειδιά: Γεωμορφολογία, Κατολισθήσεις, Ερμηνεία, η εξαγωγή, Τοπίο, Τμηματοποίηση, Χωρικός, Κεφαλονιά.

Μελετητές: J. G. Rodopoulos/Technological Educational Institute of Athens, Department of Topography, 21 Souliou Str., Athens 154-51, Greece - jrodopou@hotmail.com, G. Ch. Miliaresis/Dept. of Geology, University of Patras, Rion, 26500, Greece – miliaresis@email.com
Πηγή

Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να περιγραφεί από Γεωμορφομετρικής άποψης ένας χάρτης clutter που προέρχεται από ταξινόμηση. Πιο συγκεκριμένα μια εικόνα ASTER της περιοχής μελέτης έχει ραδιομετρικά και γεωμετρικά διορθωθεί. Μέγιστη ταξινόμηση πιθανότητα ορίζονται οι κλάσεις εδαφικής κάλυψης (landcover) της περιοχής μελέτης (διάφορα είδη των δασών, οι καλλιεργούμενες εκτάσεις και γυμνό έδαφος). Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο της περιοχής μελέτης προήλθε από την ψηφιοποίηση από τοπογραφικούς χάρτες. Οι κατηγορίες της εδαφικής κάλυψης εκπροσωπούνται με τη βοήθεια χαρακτηριστικών τιμών.

Τα χαρακτηριστικά αυτά αντιστοιχούνε στις ακόλουθες Γεωμορφομετρικές παραμέτρους: μέσο υψόμετρο, μέγιστο υψόμετρο, τραχύτητα, τοπικό ανάγλυφο, ενδιάμεση κλίση.

Μάλιστα, διαπιστώθηκε ότι το δάσος ελάτης παρουσιάζει το μεγαλύτερο μέσο υψόμετρο ενώ το μικτό δάσος και το γυμνό έδαφος υψομετρικά έπονται. Οι καλλιεργούμενες εκτάσεις καταλαμβάνουν περιοχές με το χαμηλότερο μέσο υψόμετρο. Οι μεγαλύτερες τιμές μέσης κλίσης παρατηρήθηκαν τόσο για το ελατόδασος όσο και για τα μεικτά δάση. Η καλλιεργούμενη γη, παρουσίασε τις χαμηλότερες μέσες τιμές κλίσης, ενώ το άγονο έδαφος έχει τη τάση να παρουσιάζει υψηλές μέσες τιμές κλίσης. Στη συνέχεια και με τη βοήθεια ενός αλγορίθμου κάθε αντικείμενο περιγράφηκε από Γεωμορφομετρικές παραμέτρους και τα αντικείμενα ταξινομήθηκαν με βάση την ευαισθησία τους στις κατολισθήσεις. Το πιο ενδιαφέρον εύρημα ήταν τα μεγαλύτερα σε μέγεθος αντικείμενα της κατηγορίας άγονων εκτάσεων,τα οποία βρίσκονται στις υψηλότερες θέσεις υψομετρικά και παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες τιμές κλίσεων.

Επιπλέον, η χωροταξική κατανομή των εν λόγω πολύγωνων είναι κατά μήκος του κεντρικού δρόμου που συνδέει την πρωτεύουσα με το κύριο λιμάνι του νησιού.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η χαρτογράφηση της εδαφικής κάλυψης (landcover) έχει μεγάλη σημασία στο σχεδιασμό της πολεοδομίας αλλά και της προστασίας του περιβάλλοντος. Από την άλλη πλευρά, λόγω της σοβαρής κλιματικής αλλαγής και τα απότομα μετεωρολογικά περιστατικά που λαμβάνουν χώρα τα τελευταία έτη, ο συσχετισμός μεταξύ landcover και geomorphometry έχει μεγάλη σημασία (Elumnoh και Shrestha, 2000). Η ανάπτυξη μελετών αξιολόγησης του κινδύνου για στιγμιαίες πλημμύρες, οι κατολισθήσεις που προκαλούνται από ισχυρές βροχοπτώσεις κλπ. (Μηλιαρέσης, 1999a; 1999b; 2001; White, 1993) απαιτούν τη γνώση του τύπου landcover (του είδος εδαφικής κάλυψης δηλαδή) (Πανάγου και Μηλιαρέσης, 2003) και το geomorphometry (Pike, 2002) της περιοχής ενδιαφέροντος αλλά και της ευρύτερης (Treitz και Howarth, 2000).

Ο Σκοπός της μελέτης είναι να:

α) επιτευχθεί μία «παραμετρική» αναπαράσταση του χάρτη landcover όπου να προέρχεται από τεχνικές ταξινόμησης εικόνων με βάση τις geomorphometrical παραμέτρους, και

β) να ερμηνεύσει τη χωρική κατανομή των τύπων landcover μέσα στο τοπίο.

2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Ένα κομμάτι γήινης επιφάνειας δομήθηκε με βάση τους τύπους landcover και ορίστηκαν αντικείμενα (pixel με ίδια χαρακτηριστικά και επομένως ίδιο landcover). Στη συνέχεια, κάθε αντικείμενο περιγράφηκε παραμετρικά με βάση τα γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά του και εν τέλει χαρτογραφήθηκε.

2.1 Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης στην παρούσα εργασία είναι η Κεφαλονιά, η οποία βρίσκεται στο «μέσο» του Ιόνιου Πελάγους.

Σχήμα 1, Η περιοχή μελέτης

Το νησί βρίσκεται μέσα στη θάλασσα ανάμεσα από την Ελλάδα και την Ιταλία. Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο νότιο δυτικό τμήμα του νησιού (Σχήμα 1) και περικλείεται από τις εξής συντεταγμένες: X minimum = 200,137, X maximum = 222,337, Y minimum = 4,215,922 και Y maximum = 4,233,802.

2.2 Δεδομένα</b>

Χρησιμοποιήθηκε η A.S.T.E.R. εικόνα που είχε ληφθεί στις 22/09/2001 με ID pg- PR1A0000-2001092201_019_057. Καλύπτει την περιοχή γεωγραφικές συντεταγμένες (38.3235, 20.5307), (38.2266, 21.2362), (37.6733, 21.0737), (37.7694, 20.3734).

Οι ζώνες 01 (πράσινο), 02 (κόκκινο), 03 (εγγύς υπέρυθρο) του αισθητήρα V.N.I.R. χρησιμοποιήθηκαν με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m (Fujisada, 1998; Kahle et al, 1991). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) (Σχήμα 2). Περιμετρικές γραμμές ψηφιοποιήθηκαν από έναν τοπογραφικό χάρτη όπου είχε παραχθεί από τη Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού. Η κλίμακα του χάρτη ήταν 1:50000 και είχε ληφθεί το υψόμετρο με πύκνωση σημείων περίπου ανά 20μ. Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) προήλθε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της παρεμβολής στις ισοϋψείς (σχήμα 2).

Σχήμα 2, DEM και εικόνα κλίσης. Το μεγαλύτερο υψόμετρο/ κλίση, βρίσκεται στα σημεία όπου είναι σκοτεινότερο το εικονοστοιχείο (pixel).

<b>2.3 Προ-επεξεργασία της εικόνας A.S.T.E.R.</b>

Σε αυτό το στάδιο υλοποιείται μια πρώτη ραδιομετρική διόρθωση. Κάθε ζώνη (μπάντα) αντιστοιχίστηκε βάση της χρήσης της μεθόδου με σκοπό τη δημιουργία ιστογράμματος. Έπειτα οι ψηφιακές τιμές μετατράπηκαν σε ακτινοβολία, με βάση το αντίστοιχο περιθώριο εύρους της κάθε μπάντας. Τέλος η τροχιά της ακτινοβολίας μετακινήθηκε βάσει της γραμμικής παλινδρόμησης από την πράσινη και κόκκινη μπάντα στο εγγύς υπέρυθρο (Eastman, 1999). Στη συνέχεια, υλοποιήθηκε μία μη παραμετρική γεωμετρική διόρθωση μέσω της χρήσης ενός πολυωνύμου δευτέρου βαθμού και πραγματοποιήθηκε έλεγχος με σημεία στο έδαφος (gcps: ground control points) που προήλθαν από την έρευνα πεδίου με ένα φορητό Garmin G.P.S. Η μέση τετραγωνική απόκλιση του μετασχηματισμού ήταν 16,47 m για 14 gcps ενώ μια έγχρωμη σύνθετη εικόνα με διορθωμένες ζώνες δίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3, Σύνθετη εικόνα χρώματος

2.4 Χάρτης Cluter

Οι περιοχές έρευνας επιλέχθηκαν βάσει των κυριότερων θεματικών κατηγοριών που απαντώνται στην περιοχή μελέτης (Πίνακας 1):

πινακας1.jpg

Όπου έχουμε με την σειρά του πίνακα τις κατηγορίες: Ελατοδάσος, Άγονη γη, Καλλιέργειες τύπου 1, 2, 3, 4, Λίμνη και τέλος Μικτό δάσος.

Η ταξινόμηση όσον αφορά τις παραπάνω κατηγορίες χρήσεων γης έγινε βάσει της μέγιστης πιθανότητας (Mather, 1987) και αυτή καθόρισε τις landcover κατηγορίες της περιοχής μελέτης μας. Ο χάρτης cluter ο οποίος προέκυψε, απεικονίζεται στην εικόνα 4.

Σχήμα 4. Kefalonia’s Cluter Map

2.5 Γεωμορφομετρικά περιγραφή cluter χάρτη

Κάθε θεματική κατηγορία από τις παραπάνω περιγράφεται με βάση τη μέση, μέγιστη και τη τυπική απόκλιση των δύο, υψομέτρου και κλίσης (πίνακας 2, πίνακας 3) (Evans, 1980; Florinsky, 1998; Mark, 1975).

πινακας3.jpgπινακας2.jpg

Πίνακας 2

                                                                          Πίνακας 3                                                            

Ο πίνακας 2 μας δείχνει ότι η κατηγορία εδάφους: ελατόδασος παρουσιάζει το μεγαλύτερο υψόμετρο, ενώ το μικτό δάσος και άγονο έδαφος ακολουθεί. Οι καλλιεργούμενες μορφές έχουν αναπτυχθεί σε χαμηλότερο υψόμετρο.

Τα ευρήματα αυτά, συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τις τοπικές Γεωμορφομετρικές συνθήκες της Κεφαλονιάς (ψηλό βουνό και περιορισμένες πεδιάδες). Μάλιστα, το πιο ενδιαφέρον εύρημα του πίνακα 1 ήταν το σχετικά μεγάλο υψόμετρο της άγονης κατηγορία εδάφους. Ενώ, ο πίνακας 3 δείχνει ότι το Ελατοδάσος και το μικτό δάσος παρουσιάσει τις υψηλότερες τιμές κλίσεων, ακολουθούμενο από την κατηγορία του άγονου εδάφους. Μία εξήγηση για τα ανωτέρω είναι ότι τα δάση αναπτύσσονται στις υψηλότερες περιοχές που είναι αρκετά απότομες, ώστε να προστατεύονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Αντίθετα η ανθρώπινη δραστηριότητα (καλλιεργούμενες εκτάσεις) περιορίζονται σε πεδινές περιοχές ή σε περιοχές με χαμηλότερη τιμή κλίσης. Η υψηλή τιμή κλίσης της κατηγορίας «άγονο έδαφος» δείχνει ότι αυτά είναι και τα πολύγωνα υψηλού κινδύνου σε σχέση με τις πλημμύρες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κατανομή της άγονης γης, θα διερευνηθεί σε επόμενη παράγραφο.

2.6 Τίτλος

Ένας σχετικός αλγόριθμος συσχετισμένος με τα ειδικά χαρακτηριστικά της κατηγορίας εφαρμόζεται στο άγονο έδαφος. Πιο συγκεκριμένα, συνολικά 1.314 σημεία - αντικείμενα (γειτονικά pixels της κατηγορίας «άγονο έδαφος») βρέθηκαν σε διάφορες διαστάσεις (μέγεθος)- Σχήμα 6.

Σχήμα 6. Διάσταση αντικειμένου για την κατηγορία άγονο έδαφος

Η μέση κλίση και το μέσο υψόμετρο καθώς και τραχύτητα (η τυπική απόκλιση του υψομέτρου) και τοπικό ανάγλυφο (ελάχιστο- μέγιστο υψόμετρο) υπολογίστηκαν για κάθε αντικείμενο της κατηγορίας «άγονο έδαφος». Το Υψόμετρο εκφράζεται σε μέτρα και η κλίση σε μοίρες.

2.7 Στατιστική ανάλυση και χαρτογράφηση

Οι στατιστικές, ο συσχετισμός και η γραμμική παλινδρόμηση υπολογίστηκαν για την παραμετρική αντιπροσώπευση των αντικειμένων της κατηγορίας άγονων εκτάσεων (πίνακας 4, 5, και 6).

πινακας5.jpg

Πίνακας 4. Στατιστικά ανά Γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά για τα αντικείμενα

με μέγεθος μεγαλύτερο από 50 pixels.

πινακας6.jpg

Πίνακας 5. Συντελεστής συσχέτισης χαρακτηριστικών ανά ζεύγη, για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο των 50 pixel.

Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχει θετική συσχέτιση μεταξύ Η και G. Υπάρχει επίσης μια μεγάλη συσχέτιση μεταξύ R και LR. Η παλινδρόμηση μεταξύ μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου, εκφράζεται από την εξίσωση:

H= 20,07 × G + 86,12

Η γραμμική παλινδρόμηση βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική σύμφωνα με την ανάλυση της διακύμανσης (ANOVA) που παρουσιάζεται στην πίνακα 6. Η γραμμική παλινδρόμησης και το διάγραμμα διασποράς των υπό μελέτη αντικειμένων δίνεται στο σχήμα 7.

πινακας7.jpg

Πίνακας 6. Διακύμανση της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της μέσης

κλίσης και μέσου υψομέτρου των  άγονων εκτάσεων.

πινακας8.jpg

Σχήμα 7. Γραμμή παλινδρόμησης (γραμμική) και διάγραμμα διασποράς

3. Επίλογος

Η Γεωμορφομετρική περιγραφή του χάρτη clutter αναφέρεται ότι οι κύριες κατηγορίες landcover (δάσος/καλλιεργήσιμες εκτάσεις/γυμνό έδαφος) παρουσιάζουν συγκεκριμένα και διακριτά παραμετρικά χαρακτηριστικά.

Πιο συγκεκριμένα, η κατηγορία γυμνό έδαφος παρουσιάζει υψηλό υψόμετρο και έντονη κλίση, ενώ η συσχέτιση και η γραμμική παλινδρόμηση φανέρωσε πως οι μεγαλύτερες σε μέγεθος εκτάσεις (αντικείμενα) καταλαμβάνουν την υψηλότερη σε θέση υψομετρικά και παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη κλίση. Αυτό το εύρημα θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη κατά τον αστικό σχεδιασμό τα αντικείμενα της κατηγορίας «άγονη έκταση» να αξιοποιηθούν κατάλληλα κατά μήκος της κεντρική οδικής αρτηρίας που συνδέει την μεγάλη πόλη (Αργοστόλι) με το μεγαλύτερο λιμάνι του νησιού (Σάμη) της Κεφαλονιάς.