Παρακολούθηση των χρονικών και χωρικών μεταβολών της χρήσης και της κάλυψης γης σε μητροπολιτικές περιφέρειες μέσω τηλεπισκόπησης και GIS

Από RemoteSensing Wiki

ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΩΝ ΧΡΟΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΚΑΛΥΨΗΣ ΤΗΣ ΓΗΣ ΣΕ ΜΗΤΡΟΠΟΛΙΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΕΣ ΜΕΣΩ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΚΑΙ GIS

Συγγραφέας: Mohamed Ali Mohamed

Lab. of Geomorphology, Soil Geography and Quaternary Research, Department of Geography, Humboldt University of Berlin, Berlin, Germany

Πηγή: [1]

Περίληψη:

Η χρήση της τηλεπισκόπησης και η ανάλυση σε περιβάλλον GIS αποτελούν μία αποτελεσματική μέθοδο παρακολούθησης χωρικών και χρονικών μεταβολών του τοπίου. Στην εργασία μελετάται η αστικοποίηση, τις διαδικασίες και τους κινδύνους των οικοσυστημάτων για τις Μητροπολιτικές περιφέρειες του Βερολίνου και Erlangen-Fürth-Nürnberg-Schwabach (EFNS). Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα Landsat για τα έτη 1972, 1985, 2003 και 2015. Τα αποτελέσματα και για τις δύο περιοχές παρουσιάζουν μεγαλύτερη έκταση για κατοικημένες περιοχές, η οποία αυξάνεται σε βάρος άλλων χρήσεων γης. Ο συνδυασμός των δύο εργαλείων αποδεικνύεται εξαιρετικά χρήσιμος για την παρακολούθηση του φαινομένου και την αντιμετώπιση περιβαλλοντικών και οικολογικών προβλημάτων.

1. Εισαγωγή

Η αλλαγή της κάλυψης και χρήσης γης είναι ένα σημαντικό ζήτημα παγκοσμίως, για το περιβάλλον. Η χαρτογράφηση απαιτείται για απεικόνιση των απαιτούμενων παραμέτρων και υπολογισμό κατάλληλων δεικτών. Με τον όρο LU συμβολίζεται η χρήση γης από τις ανθρώπινες διεργασίες και με τον όρο LC συμβολίζεται η κάλυψη γης η οποία καθορίζεται από ανθρώπινες και φυσικές διεργασίες. Η απεικόνιση δεδομένων του παρελθόντος είναι χρήσιμη για την κατανόηση της προηγούμενης κατάστασης, τον καθορισμό της παρούσας διαχείρισης και της διατήρησης των φυσικών πόρων και του τοπίου για το μέλλον. Ο συνδυασμός των δύο εργαλείων προσφέρει δυνατότητα χωρικής ανάλυσης και πρόβλεψης των μελλοντικών εξελίξεων. Η πλειοψηφία της μελέτης βασίζεται σε δεδομένα από απόσταση, ώστε να πετύχει ο προσδιορισμός του LC. Η ταξινόμηση χρήσεων γης στην αστική περιοχή είχε δυσκολίες λόγω μικρού χωροταξικού μεγέθους των υλικών. Για την αντιμετώπισης σφαλμάτων χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές: 1) νευρωνικών δικτύων, 2) ασαφούς ταξινόμησης, 3) ανάλυσης υφής εικόνας ενώ ακολούθησε η τεχνική της εποπτικής ταξινόμησης. Ο στόχος αυτής της έρευνας θα ήταν να εντοπίσει τα κύρια αίτια πίσω από τις αλλαγές LU, LC για σαράντα χρόνια. Αυτή η μελέτη επιχειρεί να εδραιώσει τις σχέσεις μεταξύ της αλήθειας του εδάφους και των εικόνων, χαρτών και αναφορών από απόσταση.

2. Περιοχές μελέτης

Οι περιοχές μελέτης είναι η μητροπολιτική περιοχή του Βερολίνου και της Nürnberg-Fürth-Erlangen-Schwabach. Η μητροπολιτική περιοχή του Βερολίνου χαρακτηρίζεται ως ομοσπονδιακή πρωτεύουσα, βρίσκεται στη βορειοανατολική Γερμανία και αποτελείται από πυκνό προαστιακό χώρο και περιορισμένη αγροτική περιοχή. Η μητροπολιτική περιοχή της Nürnberg-Fürth-Erlangen-Schwabach, χαρακτηρίζεται ως το μητροπολιτικό κέντρο της Νυρεμβέργης και βρίσκεται στο νότιο τμήμα της Βαυαρίας.

Εικόνα 1: Χάρτης της περιοχής μελέτης

3. Στοιχεία και μέθοδοι

Για τον προσδιορισμό του ιστορικού των δύο περιοχών ως προς την κάλυψη και χρήση της γης επιλέχθηκαν εικόνες αρχειοθέτησης. Επιλέχθηκαν εικόνες για πέντε συγκεκριμένα χρόνια καθώς και χάρτες για βελτίωση της ακρίβειας της ταξινόμησης μέσω τηλεπισκόπησης.

Εικόνα 2: Πίνακας με τα δεδομένα

Εικόνα 3: Πίνακας με τους χάρτες και τις χρήσεις γης για το Βερολίνο

Οι εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν έχουν διορθωθεί και βελτιωθεί ψηφιακά, ώστε να αποκτήσουν καλή γεωμετρική συμπύκνωση, να βελτιωθεί η οπτική ερμηνεία και η διακριτική ικανότητα μεταξύ των αντικειμένων. Απαραίτητη κρίθηκε η ψηφιακή ενίσχυση και ατμοσφαιρική διόρθωση των εικόνων.

Οι κατηγορίες στις οποίες πραγματοποιήθηκε η ταξινόμηση των εικόνων είναι: αστικό περιβάλλον, πράσινοι και ανοιχτοί δρόμοι, δασικές εκτάσεις, γεωργικές εκτάσεις και υδάτινα οικοσυστήματα.

Χρησιμοποιήθηκαν τρείς μέθοδοι ανάλυσης δεδομένων:

1. Υπολογισμός έκτασης για κάθε κατηγορία χρήσης και κάλυψης γης κάθε έτος

2. Ταξινόμηση κάθε κατηγορίας χρήσης και κάλυψης γης

3. Σύγκριση στατιστικών για τις δύο περιοχές

4. Αποτελέσματα και Συζήτηση

Εικόνα 4: Χάρτης με τις μεταβολές για το Βερολίνο

Για την περιοχή του Βερολίνου παρατηρείται τελευταία σαράντα χρόνια αύξηση της τάξης του 50% της αστικής περιοχής. Η αύξηση της οικιακής χρήσης ακολουθείται από αύξηση της εμπορικής και βιομηχανικής χρήσης γης. Αύξηση σημειώθηκε επίσης και για τους πράσινους και ανοιχτούς χώρους. Τα αναλυτικά αποτελέσματα βρίσκονται στους αντίστοιχους πίνακες αποτελεσμάτων που απεικονίζονται στις εικόνες 5 - 10.

Εικόνα 5: Πίνακας με τις αλλαγές στην πόλη του Βερολίνου

Αξίζει να σημειωθεί ότι τα τελευταία 40 χρόνια σχεδόν το 84,5% της γεωργικής γης έχει μετατραπεί σε κατοικημένη περιοχή, δάσος, πράσινο και ανοιχτό χώρο. Το ποσοστό της γεωργικής γης μειώθηκε απότομα μεταξύ 1985 και 2015, σε σύγκριση στην προηγούμενη περίοδο.

Εικόνα 6: Πίνακας με την εγκυρότητα ανά κατηγορία

Για την περιοχή της Νυρεμβέργης παρατηρήθηκε τα πρώτα χρόνια μία ελαφριά μείωση της αστικής περιοχής και κατόπιν αύξηση σε βάρος των πράσινων και ανοιχτών περιοχών, όπως επίσης και των δασικών περιοχών.

Εικόνα 7: Πίνακας με τις αλλαγές στην πόλη της Νυρεμβέργης

Εικόνα 8: Χάρτης με τις αλλαγές στην πόλη της Νυρεμβέργης

Εικόνα 9: Μεταβολές για την περίοδο 1972 - 2015 για την επαρχία της Νυρεμβέργης

Εικόνα 10: Πίνακας με την εγκυρότητα και συγκρίσεις των μεταβολών

5. Συμπεράσματα

Η αστική περιοχή αποδείχθηκε ότι καταλαμβάνει το μεγαλύτερο χώρο και στις δύο περιοχές μελέτης κατά την περίοδο της τρέχουσας εργασίας. Τα ποσοστά της κατοικημένης περιοχής ήταν 51% έως 61% για τη μητροπολιτική πόλη του Βερολίνου και από 45% έως 52% για τη μητροπολιτική περιοχή του Βερολίνου Erlangen-Nürnberg-Fürth-Schwabach τα τελευταία 40 χρόνια. Μια δραματική αλλαγή έχει παρατηρηθεί από τη γεωργία στην οικιστική, πράσινη και ανοιχτή καθώς και δασική περιοχή, ιδίως κατά την περίοδο 1985 έως 2015 στο Βερολίνο. Μέχρι το 2015, το η γεωργική έκταση κατέλαβε ένα σχετικά μεγάλο μέρος, αλλά παρέμεινε σταθερή. Υπήρξε αύξηση σε δασική και πράσινη και ανοιχτή περιοχή από την περίοδο 1972 έως 2003 και στις δύο περιοχές μελέτης. Από την άλλη πλευρά, από το 2003 έως το 2015 υπάρχει δραματική αλλαγή από δασική και πράσινη και ανοιχτή γη σε άλλες καλύψεις LU, - ιδιαίτερα στην περιοχή που έχει δημιουργηθεί και στις δύο περιοχές μελέτης. Την τελευταία δεκαετία, η ανοικτή περιοχή και στις δύο τοποθεσίες μελέτης έχει επεκταθεί σημαντικά για να εξασφαλιστεί η φύση και η ισορροπία του εδάφους και για την ανάκτηση υπό προστασία περιοχών. Η αύξηση του δάσους και οι χώροι πρασίνου είναι μια ελκυστική τάση στις δύο περιοχές μελέτης για τη διατήρηση του φυσικού των οικοσυστημάτων και της βιολογικής τους ποικιλομορφίας στις αστικές περιοχές αυτών των περιοχών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η συνολική ακρίβεια των δεδομένων τηλεπισκόπησης βρίσκεται μεταξύ 88% και 94% για το Βερολίνο και από 86% έως 87,5% για το Erlangen-Nürnburg-Fürth- Schwabach. Αυτό θα μπορούσε να υποδεικνύει ότι η ενσωμάτωση δεδομένων από απόσταση σε περιβάλλον GIS είναι χρήσιμη για την παρακολούθηση και χαρτογράφηση του LU, LC και για τις δύο αστικές περιοχές. Ωστόσο, καλύτερα δεδομένα χωρικής και χρονικής ανάλυσης μας επιτρέπουν να έχουμε βελτιωμένα αποτελέσματα για αποφυγή περιβαλλοντικών και οικολογικών προβλημάτων.