ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ ΤΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ ΓΗΣ ΑΓΡΟΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ
Από RemoteSensing Wiki
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στη διατριβή αυτή επιχειρήθηκε η διερεύνηση των δυνατοτήτων βελτίωσης των ψηφιακών τηλεπισκοπικών μεθόδων και τεχνικών με παράλληλη αξιοποίηση και των αναλογικών, για την διερεύνηση και απογραφή των χρήσεων γης μιας αγροτικής περιοχής της χώρας μας. Επειδή η χώρα μας διακρίνεται για το μεγάλο πλήθος μικρών και διεσπαρμένων Μοναδιαίων Ιδιοκτησιών / Χρήσεων / Εκμεταλλεύσεων Γης, γι αυτό σ' αυτή την έρευνα απαιτήθηκε η συστηματική μελέτη των φυσικών παραμέτρων και συνθηκών που διέπουν την περιοχή της έρευνας (περιοχή νομού Κορινθίας). Οι φυσικές παράμετροι οι οποίες μελετήθηκαν συστηματικά είναι η γεωλογία, το έδαφος, η υδρολογία, το κλίμα, η φυσική βλάστηση, τα είδη των καλλιεργειών και η κατανομή τους στο νομό και το μέγεθος και η διάρθρωση των μοναδιαίων ιδιοκτησιών/ χρήσεων/ εκμεταλλεύσεων γης του νομού Κορινθίας. Βάσει δε της τελευταίας παραμέτρου, επιχειρήθηκε αρχικά μια προεκτίμηση της ανώτατης δυνατής ακρίβειας των τηλεπισκοπικών μεθόδων ταξινόμησης, υπολογίζοντας το ποσοστό των αγροτεμαχίων της περιοχής της έρευνας τα οποία έχουν έκταση μικρότερη της έκτασης που αντιστοιχεί στην διακριτική ικανότητα των τηλεπισκοπικών δεκτών LANDSAT ΤΜ και SPOT αντίστοιχα. Για την εφαρμογή των αναλογικών και ψηφιακών μεθόδων απαιτήθηκε η συστηματική μελέτη όλων των φαινολογικών / φυσιολογικών στοιχείων των καλλιεργειών της περιοχής της έρευνας καθώς και η συστηματική ανάλυση όλων των βιολογικών και γεωμετρικών παραμέτρων που επηρεάζουν τη φασματική υπογραφή των χρήσεων καλύψεων γης. Η αναλογική φωτοερμηνεία των καλλιεργειών της περιοχής της έρευνας όπως απεικονίζονται σε αεροφωτογραφίες κλίμακας 1:6000, αφ'ενός μεν αξιοποίησε και τα πορίσματα της έρευνας των φαινολογικών / φυσιολογικών και των βιολογικών και γεωμετρικών χαρακτηριστικών των καλλιεργειών της περιοχής, αφ' ετέρου δε συνέβαλε στην ολοκλήρωση των επιγείων ελέγχων οι οποίοι υλοποιήθηκαν σε τέσσερεις αντιπροσωπευτικές περιοχές του νομού.Επιπλέον, πριν την εφαρμογή των ψηφιακών μοντέλων ταξινόμησης έγινε μια συστηματική μελέτη και εφαρμογή των καταλληλότερων αναγωγών και επεξεργασιών οι οποίες συμβάλλουν στην αύξηση της γεωμετρικής ακρίβειας κι αξιοπιστίας των ταξινομήσεων. Οι επεξεργασίες αυτές συνίστανται στη γεωμετρική διόρθωση των διατιθέμενων τηλεπισκοπικών απεικονίσεων, στην εφαρμογή του καταλληλότερου φίλτρου για την ακριβέστερη μεταφορά των δεδομένων των επιγείων ελέγχων, στην επιλογή των καναλιών τα οποία θα συμμετέχουν στις μεθόδους ταξινόμησης, περιορίζοντας έτσι το χρόνο διεξαγωγής των ταξινομήσεων χωρίς να μειώνουν την ακρίβεια τους.Ως τηλεπισκοπικοί μέθοδοι ταξινόμησης των χρήσεων γης της περιοχής της έρευνας χρησιμοποιήθηκαν, η μέθοδος της μεγίστης πιθανοφάνειας η οποία ανήκει στα στοχαστικά μοντέλα ταξινόμησης και μία προτεινόμενη μέθοδος από αυτή την έρευνα η οποία βασίζεται στην αιτιοκρατική προσέγγιση.To στοχαστικό μοντέλο της μεγίστης πιθανοφάνειας εφαρμόστηκε σε LANDSAT ΤΜ και SPOT απεικονίσεις μιας και δύο εποχών λήψης καθώς και σε προεπεξεργασμένες απεικονίσεις. Πριν την εφαρμογή της μεθόδου σε απεικονίσεις δύο εποχών λήψης επιχειρήθηκε ραδιομετρική αναγωγή των χειμερινών απεικονίσεων στις συνθήκες λήψης των θερινών απεικονίσεων και εκτίμηση της αξιοπιστίας των χειμερινών ανηγμένων απεικονίσεων.Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων αυτών των ταξινομήσεων έδειξε σε ποσοτικό επίπεδο τις δυνατότητες ακρίβειας αυτού του μοντέλου για την ταξινόμηση αγροτικών περιοχών της χώρας μας. Συγκεκριμένα η ακρίβεια αυτή ανέρχεται σε 80% περίπου για τις γενικές χρήσεις γης και σε 45% περίπου για τα είδη των καλλιεργειών. Η ακρίβεια των ταξινομήσεων ως προς τις γενικές χρήσεις γης συμπίπτει με αυτή άλλων ερευνητικών εργασιών οι οποίες αφορούν σε χώρες με μεγαλύτερες ιδιοκτησίες/ χρήσεις/ εκμεταλλεύσεις γης, ενώ η ακρίβεια ως προς τα είδη των καλλιεργειών είναι μειωμένη,γεγονός που οφείλεται στις ιδιαιτερότητες της ελληνικής γης.Παράλληλα, από τις παρατηρήσεις που έγιναν στα αποτελέσματα της ακρίβειας των ταξινομήσεων διαπιστώθηκε ότι, οι κατηγορίες των καλλιεργειών μπορούν να ομαδοποιηθούν και να διακριθούν μεταξύ τους ανάλογα με την πυκνότητα βλάστησης. Ετσι προκύπτουν τρεις βασικές ομάδες πυκνότητας βλάστησης. Οι κατηγορίες των ειδών καλλιεργειών οι οποίες ανήκουν σε μια ομάδα πυκνότητας βλάστησης συγχέονται σε μεγάλο βαθμό στις ταξινομήσεις με τη μέθοδο της μεγίστης πιθανοφάνειας αλλά μπορούν να διακριθούν ανάλογα με τις τιμές των ειδοποιών τους χαρακτηριστικών.Ετσι κατά την προτεινόμενη μέθοδο ταξινόμησης η οποία βασίζεται στην αιτιοκρατική προσέγγιση και χρησιμοποιεί τεχνικές Νευρωνικών Δικτύων, μελετήθηκε αρχικά σε ποιες επεξεργασμένες απεικονίσεις αναδεικνύονται καλύτερα τα ειδοποιά χαρακτηριστικά των καλλιεργειών.Στη συνέχεια, από τη φυσική εξήγηση της συμπεριφοράς των ειδοποιών χαρακτηριστικών της κάθε καλλιέργειας προέκυψε ο Μηχανισμός Επαγωγής, ένας μηχανισμός λήψης αποφάσεων που υλοποιείται με τη βοήθεια λογικών συλλογισμών και αλληλοσυσχετισμών, για την ταξινόμηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων. Ο Μηχανισμός Επαγωγής αποτελεί το εμπειρικό τμήμα του μοντέλου της νέας μεθόδου ταξινόμησης. Ειδικότερα κατά τη νέα μέθοδο ταξινόμησης, μια καλλιέργεια κατατάσσεται αρχικά ανάλογα με την πυκνότητα χλωροφύλλης και στη συνέχεια διαχωρίζεται από άλλες λλιέργειες που παρουσιάζουν την ίδια πυκνότητα χλωροφύλλης, ανάλογα με τη σχέση υγρασίας -βλάστησης, διαφοράς υγρασίας βλάστησης, κλπ., στις διάφορες εποχές του έτους. Το σύνολο των συναρτήσεων οι οποίες διαχωρίζουν τα είδη των καλλιεργειών συγκροτούν τη Βάση Γνώσης η οποία αποτελεί το αριθμητικό τμήμα του μοντέλου, καταρτίστηκε δε με τεχνικές που εφαρμόζουν τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα.Ο αλγόριθμος μάθησης που χρησιμοποιήθηκε σύμφωνα με την θεωρία των Νευρωνικών Δικτύων, είναι ο αλγόριθμος "perceptron" ο οποίος καταρτίζει συναρτήσεις για το μη γραμμικό διαχωρισμό των κατηγοριών πυκνότητας βλάστησης αυξάνοντας τα στρώμματα των επεξεργαστικών του μονάδων, ενώ καταρτίζει συναρτήσεις για τον γραμμικό διαχωρισμό των ειδών καλλιεργειών της κάθε κατηγορίας πυκνότητας βλάστησης χρησιμοποιώντας μόνο δύο στρώμματα (εισόδου - εξόδου). Η νέα μέθοδος ταξινόμησης βελτίωσε τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων σε σχέση με τη μέθοδο της μεγίστης πιθανοφάνειας κατά 6-10%, παρ' όλο τα δυσμενή χαρακτηριστικά που παρουσιάζει η ελληνική αγροτική γη (μικρός κλήρος, έντονη εναλλαγή καλλιεργειών, κλπ. Το φαινόμενο της πολυκαλλιέργειας που παρατηρείται στη περιοχή διαστρεβλώνει τα στατιστικά στοιχεία. Δηλαδή ένα αγροτεμάχιο που έχει δηλωθεί στη Στατιστική Υπηρεσία ως μέσης έκτασης 6 στρεμμάτων δεν καλύπτεται καθ' όλη την έκταση του από μία και μόνο καλλιέργεια αλλά από περισσότερες οι οποίες καλύπτουν η κάθε μιά ενιαίο τμήμα της έκτασης του και το χωρίζουν σε περισσότερες της μιας Μοναδιαίες Χρήσεις Εκμεταλλεύσεις Γης (Αεροφωτογραφία 199049,). Ενδεικτικά, μελετήσαμε συστηματικά το σχήμα, το μέγεθος και τη διάρθρωση των Μοναδιαίων Ιδιοκτησιών Χρήσεων Εκμεταλλεύσεων Γης (ΜΙΧΕΓ), όπως αυτά προέκυψαν: από τον επίγειο έλεγχο στην περιοχή νοτιοδυτικά του Κοράκου, την ψηφιοποίηση της αντίστοιχης αεροφωτογραφίας (κλίμακα 1:6000) και την αναγωγή στο χαρτογραφικό υπόβαθρο της περιοχής, την στατιστική επεξεργασία των στοιχείων επιφάνειας/κάλυψης. Το σχήμα και η διάρθρωση των ΜΙΧΕΓ αποδίδονται χαρακτηριστικά στο διάγραμμα και την αεροφωτογραφία της επόμενης σελίδας. Το σχήμα των Ιδιοκτησιών / Εκμεταλλεύσεων Γης όπως εμφανίζεται στο διάγραμμα είναι ποικίλο και ακανόνιστο. Στο γεγονός αυτό συντείνουν αφ'ενός μεν το συχνό φαινόμενο συνύπαρξης σε ένα αγροτεμάχιο κτιριακής εγκατάστασης, δένδρων και αμπελιών (Αεροφωτογραφία 19949 επισήμανση 4), αφ'ετέρου δε η προσπάθεια διαχωρισμού και χωριστής απόδοσης τους στο διάγραμμα. Η τάξη μεγέθους των ΜΙΧΕΓ που απογράφηκαν στο συγκεκριμένο επίγειο έλεγχο. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Στην έρευνα αυτή μελετήθηκαν οι δυνατότητες και οι περιορισμοί: των αναλογικών / φωτοερμηνευτικών μεθόδων (Α) και των ψηφιακών τηλεπισκοπικών μεθόδων (Β) ώστε να ανδειχθούν τα καίρια σημεία δυνατότητας συμβολής τους στην ανάπτυξη της νέας βελτιωμένης μεθόδου ταξινόμησης (Γ) για την διερεύνηση, απογραφή και χαρτογράφηση των χρήσεων γης μιας αγροτικής περιοχής της Ελλάδας και πιο συγκεκριμένα μιας περιοχής του νομού Κορινθίας, η οποία παρουσιάζει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της ελληνικής φυσικής και κοινωνικοοικονομικής πραγματικότητας. Οι παράμετροι της φυσικής και κοινωνικοοικονομικής πραγματικότητας της περιοχής της έρευνας (ενότητα 2), αφ'ενός μεν αναδεικνύουν την πολυπλοκότητα της περιοχής, αφ' ετέρου δε προδιαγράφουν τις συνθήκες των προς απογραφή χρήσεων / εκμεταλλεύσεων γης.
Α. Οι Αναλογικές Φωτοεομπνευτικές Μέθοδοι Η ακρίβεια της θεματικής χαρτογράφησης η οποία προκύπτει απ'την ερμηνεία αναλογικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων, έχει άμεση σχέση με την κλίμακα των αεροφωτογραφιών. Οι αεροφωτογραφίες κλίμακας 1 /6.000 με ημερομηνία λήψης το μήνα Ιούνιο, οι οποίες μελετήθηκαν και για τις οποίες καταρτίσαμε αναλογικά / φωτοερμηνευτικά κλειδιά (ενότητα 3), δίνουν αξιόπιστα αποτελέσματα για την ελληνική πραγματικότητα, απαιτείται όμως μεγάλος αριθμός αεροφωτογραφιών για την θεματική χαρτογράφηση μεγάλων επιφανειών, γεγονός που καθιστά τη μέθοδο δύσχρηστη. Η φωτοερμηνεία με αεροφωτογραφίες κλίμακας 1/20.000 καθιστά τη μέθοδο περισσότερο εύχρηστη αλλά περιορίζει την ακρίβεια της. Εν τούτοις η χρήση, ανάλυση και αξιοποίηση των στατιστικών στοιχείων της περιοχής (πίνακες 6,7 και 11) μπορεί να αποτελέσει την βασική υποδομή για την κατάρτιση λογικών κανόνων αποκλεισμού ή επιλογής μιας καλλιέργειας, ανάλογα με την περιοχή μελέτης (κεφάλαια 2.3, 2.4.2 και 2.4.3). Οι κανόνες αυτοί αυξάνουν τις δυνατότητες ακρίβειας της φωτοερμηνευτικής μεθόδου στην συγκεκριμένη κλίμακα. Με την ανάπτυξη των ψηφιακών τηλεπισκοπικών μεθόδων η εφαρμογή της αναλογικής φωτοερμηνείας συμπληρώνει και ενίοτε διορθώνει τα δεδομένα των επιγείων ελέγχων, τα οποία είναι απαραίτητα για την εφαρμογή των ψηφιακών τηλεπισκοπικών μεθόδων. Συμπεράσματα που αφορούν στις απαιτούμενες επεξεργασίες των δεδομένων των τπλεπισκοπικών απεικονίσεων πριν την επεξεργασία τους από τις μεθόδους τςιξινόμπσης. Η αξιοποίηση των στατιστικών δεδομένων των τηλεπισκοπικών απεικονίσεων (ενότητα 6), έτσι ώστε η εφαρμογή των μεθόδων ταξινόμησης να δίνει τα βέλτιστα αποτελέσματα τα οποία θα εξαρτώνται μόνο από την διακριτική / διαχωριστική Ικανότητα του δέκτη, την πολυπλοκότητα της περιοχής της έρευνας και τις δυνατότητες του εκάστοτε ταξινομητή,δίνει τα παρακάτω αποτελέσματα: α) υπάρχει γραμμικό φίλτρο και συγκεκριμένα το [(0,-1,-1) (0,12,-1,) (0,-1,-1)] (κεφάλαιο 6.3) μετά την εφαρμογή του οποίου αναδεικνύονται καλύτερα οι ιδιαιτερότητες της ελληνικής αγροτικής γης και εντοπίζονται καλύτερα τα όρια των μοναδιαίων ιδιοκτησιών/ χρήσεων/ εκμεταλλεύσεων χρήσεων γης με αποτέλεσμα να χαράσσονται με περισσότερη ακρίβεια οι ζώνες ελέγχου. Το συμπέρασμα αυτό προέκυψε με προσεκτική αντιπαραβολή της αεροφωτογραφίας της περιοχής με την απεικόνιση που προέκυψε από την εφαρμογή του φίλτρου, β) με τον υπολογισμό των τιμών απόκλισης μεταξύ ζευγών ζωνών ελέγχου (κεφάλαιο 6.5) αφ' ενός μεν αποφεύγονται πιθανές λανθασμένες χαράξεις, αφ' ετέρου δε είναι δυνατόν να προβλεφθούν συγχύσεις μεταξύ διαφορετικών χρήσεων / εκμεταλλεύσεων γης, γ) σε μια ταξινόμηση μπορεί να συμμετέχει μικρότερος αριθμός καναλιών τα οποία όμως θα έχουν μεταξύ τους μεγάλη τυπική απόκλιση (κεφάλαιο 6.5). Με αυτό τον τρόπο θα έχουμε το ίδιο αξιόπιστα αποτελέσματα σε λιγότερο υπολογιστικό χρόνο, δ) οι SPOT απεικονίσεις ενδείκνυται περισσότερο για την χάραξη των ζωνών ελέγχου, ενώ οι LANDSAT ΤΜ για την εφαρμογή των δεικτών. Β3. Συμπεράσματα από την εφαρμογή της μεθόδου της μεγίστης πιθανοφάνειας. Η εφαρμογή της μεθόδου της μεγίστης πιθανοφάνειας για την ταξινόμηση της περιοχής της έρευνας απέδειξε ότι: α) η μέθοδος δίνει αποτελέσματα για την ταξινόμηση της περιοχής μελέτης σε γενικές κατηγορίες χρήσεων γης όμοια με αυτά άλλων ερευνητικών εργασιών (J.P. Gastellu, Etchecorry & al, 1987) [24γ], (Silvano di Venzo & al, 1987) [81α], (L Wastenson & al, 1987) [95β]. Σ' αυτές τις κατηγορίες όμως, οι ιδιαιτερότητες της ελληνικής πραγματικότητας και ιδιαίτερα αυτή της μικρής και κατακερματισμένης ιδιοκτησίας, δεν έχουν επίδραση. Εδώ θα πρέπει να αναφέρουμε το γεγονός ότι οι ακρίβεια της .
ΚΑΡΑΘΑΝΑΣΗ ΒΑΣΙΛΕΙΑΣ(1992). ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ ΤΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ ΓΗΣ ΑΓΡΟΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ. Διδακτορική διατριβή. Αθήνα.
