Επισκόπηση των πρόσφατων ερευνών που βασίζονται σε τηλεπισκόπηση και ΓΣΠ με εφαρμογή στην οικολογική πληροφορική
Από RemoteSensing Wiki
An overview of recent remote sensing and GIS based research in ecological informatics
Συγγραφείς: D.S. Boyd, G.M. Foody
Πηγή: Ecological Informatics 6 (2011) 25–36
Εισαγωγή
Η πρόσφατη ανάπτυξη της γεωτεχνολογίας με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφορών (ΓΣΠ) και τηλεπισκόπησης χρησιμοποιώντας και συνδυάζοντας χωρικές πληροφορίες, βοήθησε στην περαιτέρω κατανόηση των οικοσυστημάτων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να κάνει μια ανασκόπηση σε τεχνολογίες GIS και τηλεπισκόπησης που συμβάλλουν στην οικολογική πληροφορική.
Τηλεπισκόπηση
Ξεπερνώντας τους περιορισμούς στη χωρική ανάλυση: Περνώντας στον 21ο αιώνα έχουν τεθεί σε λειτουργία πάνω από εκατό δορυφόροι με αισθητήρες για την παρατήρηση της γης και σε σχετικές ιστοσελίδες υπάρχει πρόσβαση στις παραγόμενες δορυφορικές εικόνες. Ωστόσο παρά την πληθώρα πληροφορίας υπάρχουν ακόμα κάποιοι περιορισμοί, όπως η χωρική ανάλυση. Συνήθως απαιτείται χωρική ανάλυση (μέγεθος εικονοστοιχείου) μεγαλύτερη από το προς μελέτη αντικείμενο (πχ ένα δέντρο σε μια μελέτη βιοποικιλότητας). Κατά τη χρήση εικόνων με μεγάλη ή μέτρια χωρική ανάλυση γίνεται σύγχυση μεταξύ παρόμοιων εικονοστοιχείων με αποτέλεσμα να είναι δύσκολη η κατηγοριοποίησή τους (χάρτες χρήσεων γης). Χρησιμοποιώντας εικόνες με όσο το δυνατό καλύτερη ανάλυση (πχ εικόνες IKONOS με χωρική ανάλυση 1μ. στο παγχρωματικό κανάλι και 4μ. στο πολυφασματικό) δύναται να πραγματοποιηθούν έρευνες τοπικής κλίμακας (μελέτη δασικού οικοσυστήματος σε κλίμακα δέντρου). Επιπλέον, δεδομένου ότι οι ιδιότητες του αισθητήρα αλληλοσχετίζονται (χωρική και φασματική ανάλυση), μπορεί να επιτευχθεί καλύτερη χωρική ανάλυση μειώνοντας τις απαιτήσεις σε κάποια άλλη ιδιότητα. Μια εναλλακτική έναντι της χρήσης εικόνων υψηλής χωρικής ανάλυσης είναι η χρήση κάποιας μορφής φασματικής μη συγκερασμένης ανάλυσης (spectral unmixing analysis), όπως η χρήση μιας απλής τεχνικής ταξινόμησης που επιτρέπει πολλαπλή και μερική κατηγοριοποίηση, υποδεικνύοντας τη συγκρότηση των κατηγοριών υπο-εικονοστοιχείων (sub-pixel). Επίσης η αύξηση της χωρικής ανάλυσης επιτυγχάνεται με όξυνση των εικόνων με μια μορφή συγχώνευσης (image fusion analysis), τεχνική η οποία χρησιμοποιείται σε εικόνες από αισθητήρες που χειρίζονται παραπάνω από μία χωρικές αναλύσεις (π.χ Landsat ETM+). Τέλος οι τεχνικές σούπερ-ανάλυσης (super-resolution techniques) αυξάνουν την ακρίβεια και το ρεαλισμό βασικών χαρακτηριστικών όπως τα όρια των κατηγοριών.
Στοχευμένη χαρτογράφηση: Πρόσφατες έρευνες που βασίζονται στην εκτίμηση και διατήρηση της βιοποικιλότητας χρησιμοποιούν δεδομένα φασματικής και βιοχημικής προέλευσης. Παραδοσιακά η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται για την χαρτογραφική απεικόνιση εδαφικής κάλυψης, χάρτες οι οποίοι χρησιμοποιούνται εκτενώς σε οικολογικές έρευνες που εστιάζουν στις αλλαγές αυτές, παρακολουθώντας την εξέλιξη των βιολογικών ειδών και καθορίζοντας τα ασφαλή όρια αλλαγών, ώστε να επιτευχθεί η διατήρηση. Για να ξεπεραστούν τα προβλήματα ακρίβειας είναι εύστοχο να κατασκευάζονται χάρτες συγκεκριμένης χρήσης με βάση τις απαιτήσεις της έρευνας.
Αιχμαλωτίζοντας τη διάσταση του χρόνου: Η μελέτη των επιπτώσεων των περιβαλλοντικών αλλαγών που συμβαίνουν σε βάθος χρόνου μπορεί να γίνει με δορυφορικές εικόνες. Πολλές έρευνες εστιάζουν πλέον στην καταγραφή διαχρονικών δορυφορικών δεδομένων (multi-temporal records). Οι αισθητήρες νέας γενιάς μπορούν να προσδιορίζουν δείκτες βλάστησης (δείκτης EVI από τον δορυφόρο MODIS, δείκτης MTCI και δείκτης MGVI από τον αισθητήρα MERIS) για έρευνες που αφορούν αλλαγές σε φυσικά φαινόμενα.
Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (ΓΣΠ)
Η διαδικτυακή επανάσταση-γεωοπτικοποίηση-μοντελοποίηση-ακρίβεια: Η πρόσφατη σημαντική ανάπτυξη των ΓΣΠ συμπεριλαμβάνει τη ραγδαία μεγέθυνση και ποικιλία των γεωγραφικών δεδομένων και τους τρόπους αποθήκευσης, οπτικοποίησης και μοντελοποίησής τους. Η διαδικτιακή ανάπτυξη μετέτρεψε τα ΓΣΠ από μια στατική και κλειστή εφαρμογή σε μια εφαρμογή πραγματικού χρόνου, υιοθετώντας επιπλέον τα πλεονεκτήματα ενός δικτυωμένου περιβάλλοντος (WebGIS), το οποίο έχει πρόσβαση σε μια τεράστια βάση περιβαλλοντικών δεδομένων. Ο συνδύασμός ωρίμανσης των ασύρματων τεχνολογιών (Wi-Fi και Bluetooth), των συστημάτων πλοήγησης (GPS) και των φορητών συστημάτων χειρισμού (PCs τσέπης, PDAs, φορητοί υπολογιστές, Tablet PCs), ευνοούν την φορητότητα των ΓΣΠ και την μεγαλύτερη ακρίβεια δεδομένων προσβάσιμα από το διαδίκτυο σε σχεδόν πραγματικό χρόνο (π.χ National Ecological Observatory Network). Επιπλέον το πρόσφατο ενδιαφέρον στο ελεύθερο και ανοιχτό λογισμικό βοηθά στο μοίρασμα της επιστημονικής γνώσης (Ecoinformatics.org). Η χρήση τρισδιάστατων διαδραστικών δεδομένων (Google Earth-earth.google.com) και άλλων λογισμικών εικονικής πραγματικότητας (NASA World Wind, ESRI's ArcGIS Explorer) προσφέρει μια οπτικοποίηση γεωγραφικών δεδομένων. Ο συνδυασμός των παραπάνω οδηγεί στην αποτελεσματικότερη και ακριβέστερη μοντελοποίηση των οικολογικών συστημάτων. Μετρήσεις ακρίβειας οικολογικών δεδομένων αποτελούν έλεγχοι όρων όπως η ευαισθησία, η ειδιότητα, η οριακή ακρίβεια, ο πίνακας σύγχυσης (confusion matrix), ο συντελεστής κάπα κά και ο αριθμός δειγμάτων με βάση το σχεδιασμό της έρευνας (έλεγχος μηδενικής υπόθεσης, σφάλματα Τύπου Ι= εσφαλμένη θεωρία που επιβεβαιώνουμε κατά τύχη και Τύπου ΙΙ = ορθή θεωρία που διαψεύδουμε κατά τύχη).
