Η απεικόνιση των αστικών λειτουργικών ζωνών με εικόνες τηλεπισκόπησης και ανθρώπινης ανίχνευσης δεδομένων
Από RemoteSensing Wiki
Η απεικόνιση των αστικών λειτουργικών ζωνών με εικόνες τηλεπισκόπησης και ανθρώπινης ανίχνευσης δεδομένων
Οι πόλεις είναι ανθρώπινοι οικισμοί όπου οι άνθρωποι ασχολούνται με διαφορετικές δραστηριότητες και αλληλεπιδρούν με τον ανθρωπογενή χώρο και το φυσικό περιβάλλον. Η ανάλυση των αστικών λειτουργικών ζωνών βασίζεται παραδοσιακά στη χρήση της γης και στην κάλυψη της γης (LULC), η οποία μπορεί να αποκτηθεί με έρευνα σχετικά με τη γη που απαιτεί εργασία και κόστος. Η τηλεπισκόπηση είναι μια άλλη γρήγορη και αποτελεσματική προσέγγιση για τη συλλογή δεδομένων κάλυψης γης και χρήσης γης για τη διευκόλυνση των σχετικών μελετών. Μια πόλη είναι ένα σύνθετο σύστημα που περιλαμβάνει τα ανθρώπινα όντα και το φυσικό περιβάλλον. Η ανθρώπινη δραστηριότητα έχει σημαντικό αντίκτυπο στην αστική μορφολογία λόγω της αλληλεπίδρασης του αστικού χώρου και των ανθρώπων. Τα ανθρώπινα δεδομένα ανίχνευσης μας παρέχουν πρωτοφανείς ευκαιρίες για να αποκαλύψουμε τη διανομή ανθρώπινης δραστηριότητας και την υπονοούμενη αστική λειτουργία. Μας επιτρέπουν να φανταστούμε την πόλη σε εναλλακτικές προσεγγίσεις.
Η περιοχή μελέτης της παρούσας έρευνας είναι το Shenzhen είναι μια παραλιακή πόλη στα νότια της Κίνας, που βρίσκεται στα ανατολικά του Δέλτα του ποταμού Περλ, με έκταση 1996 km2. Οι πολυφασματικές και οι παγχρωματικές εικόνες SPOT-5 που συλλέχθηκαν στις 30 Νοεμβρίου 2013 χρησιμοποιήθηκαν για να χαρτογραφηθούν τα καλύμματα γης του Shenzhen σε αυτή τη μελέτη. Αυτές οι πολυφασματικές εικόνες και οι παγχρωματικές εικόνες συγχωνεύτηκαν με τη χρήση μιας μεθόδου ανίχνευσης βυθίσματος ενσωματωμένης στην PCI Geomatica και στη συνέχεια με τη χρήση του λογισμικού ENVI. Οι τελικές εικόνες λήφθηκαν με την περικοπή της εικόνας με τη χρήση ψηφιδωτού χρησιμοποιώντας τον φορέα που καλύπτει την πόλη Shenzhen.
Χρησιμοποιώντας μερικά χρήσιμα δεδομένα, οι καθημερινές ανθρώπινες δραστηριότητες (οικιακές, εργασιακές και κοινωνικές δραστηριότητες) χρηστών κινητών τηλεφώνων εξήχθησαν για να απεικονίσουν ζώνες αστικής λειτουργίας με δεδομένα κάλυψης γης από εικόνες τηλεπισκόπησης.
Τα αστικά τοπία εξάγονται από την τηλεπισκόπηση. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες σε όλη την πόλη αναγνωρίζονται από μαζικά δεδομένα σχετικά με τον εντοπισμό θέσης κινητού τηλεφώνου. Συνδέοντας τοπία και μετρήσεις ανθρώπινης δραστηριότητας, χρησιμοποιείται μια μέθοδος ιεραρχικής ομαδοποίησης για τον προσδιορισμό των αστικών λειτουργικών ζωνών. Τέλος, αναλύεται το πρότυπο των τοπίων και των ανθρώπινων δραστηριοτήτων σε διάφορες αστικές λειτουργικές ζώνες και τυπικές τομές.
Για την ποσοτικοποίηση των τοπίων από τις εικόνες SPOT 5 χρησιμοποιήθηκε προσέγγιση αντικειμενικής ανάλυσης εικόνας (OBIA). Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος OGF για την εκτίμηση της βέλτιστης παραμέτρου κλίμακας, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της λεπτότητας του τελικού αποτελέσματος. Στη συνέχεια, αυτό το αποτέλεσμα τμηματοποίησης χρησιμοποιήθηκε για την εξαγωγή χαρακτηριστικών και την ταξινόμηση.
Η ταξινόμηση χρησιμοποιείται για τον εμπλουτισμό των πληροφοριών κάλυψης γης για τα τεμαχισμένα αντικείμενα. Δεδομένου ότι το επίκεντρο αυτής της μελέτης είναι η ανάλυση της δομής της πόλης, χρησιμοποιήθηκε ένας συγκεκριμένος δείκτης υφής PANTEX. Σε αυτή τη μελέτη, η μέγιστη, ελάχιστη και μέση τιμή του δείκτη PANTEX για κάθε τμήμα χρησιμοποιήθηκαν ως χαρακτηριστικά υφής. Με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά, όλα τα τεμαχισμένα αντικείμενα ταξινομήθηκαν χρησιμοποιώντας τον ταξινομητή υποστήριξης-φορέα-μηχανής (SVM). Τέλος, όλα τα τεμαχισμένα αντικείμενα ταξινομήθηκαν σε πέντε τύπους καλύψεων γης, συμπεριλαμβανομένης της κατοικημένης περιοχής, του δρόμου, της πράσινης γης, του νερού και των αναπτυσσόμενων περιοχών.
Οι καθημερινές ανθρώπινες δραστηριότητες σε όλη την πόλη εξήχθησαν από μαζικά δεδομένα σχετικά με τον εντοπισμό θέσης κινητού τηλεφώνου. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το άλμα τοποθέτησης μεταξύ γειτονικών πύργων υπάρχει λόγω των θορύβων σήματος, δηλαδή του σημείου ρ3. Λαμβάνοντας υπόψη το σφάλμα τοποθέτησης των δεδομένων ανίχνευσης κινητού τηλεφώνου, ρυθμίζουμε το d στα 500 m. Αφού επεξεργάστηκαν όλα τα στοιχεία για τον προσδιορισμό θέσης του κινητού τηλεφώνου ανά άτομο, αποκτήθηκαν ανθρώπινες δραστηριότητες σε όλη την πόλη χωρίς πληροφορίες τύπου. Ένα σύνολο μετρήσεων που συνοψίζουν τις εσωτερικές, εργασιακές και κοινωνικές δραστηριότητες χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προσδιορισμό των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδηλώνουν ότι οι ανθρώπινες δραστηριότητες διαφοροποιούνται στις έξι αστικές λειτουργικές ζώνες. Η κατάταξη τριών ειδών ανθρώπινων δραστηριοτήτων σε όλες τις λειτουργικές ζώνες είναι: στην εργασία> κοινωνική δραστηριότητα. Αν και το αστικό κέντρο και τα προάστια μοιράζονται παρόμοια τοπία, το αστικό κέντρο έχει τις περισσότερες κατοικίες (332 ανά εκτάριο), εργάσία (260,7 ανά εκτάριο) και κοινωνική δραστηριότητα (195,2 ανά εκτάριο). Το υπο-κέντρο έχει το δεύτερο μεγαλύτερο ποσοστό κατοίκησης (128,4 ανά εκτάριο), εργσία (82 ανά εκτάριο) και η κοινωνική δραστηριότητα (51,5 ανά εκτάριο), που είναι μικρότερο από το αστικό κέντρο. Τα προάστια έχουν μέσο όρο κατοικίας (60 ανά εκτάριο), εργασία (45,4 ανά εκτάριο) και κοινωνική δραστηριότητα (24,1 ανά εκτάριο). Ο περιβαλλοντικός χώρος έχει την ελάχιστη εγχώρια κατανάλωση (13,5 ανά εκτάριο), την εργασία (8,3 ανά εκτάριο) και την κοινωνική δραστηριότητα (3,8 ανά εκτάριο). Λαμβάνοντας υπόψη την ένταση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, η κατάταξη είναι: αστικό κέντρο> υπο-κέντρο> προάστια> περιοχή διαμετακόμισης> αστικό buffer> οικολογική περιοχή. Τα στοιχεία δείχνουν ότι πολλά λάθη των αποτελεσμάτων κάλυψης γης εμφανίζονται στην κατοικημένη περιοχή, στον δρόμο και στην αναπτυσσόμενη περιοχή.
Η ανάλυση κλίσης βοηθά στη διερεύνηση της δυναμικής χωρικής και χρονικής αστικής εξάπλωσης. Το αστικό τοπίο κυριαρχεί στις ζώνες με αστικό κέντρο, υποκέντρα και προάστια, όπου πολλά πράσινα εδάφη έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν την ισορροπία μεταξύ αστικής ανάπτυξης και περιβαλλοντικής αναγκαιότητας. Η πυκνότητα των επιφανειών του οδικού τοπίου και της πράσινης γης είναι υψηλότερη στις υποκεντρικές ζώνες. Αυτό σημαίνει πιο κατακερματισμένους δρόμους και καταπράσινα τοπία, τα οποία μπορεί να οφείλονται στην αυτο-ανάπτυξη σε αυτούς τους χώρους, όπου η αστική ανάπτυξη δεν ακολουθεί απόλυτα το σχέδιο της κυβέρνησης.
Σε συνδυασμό με τα τοπία από τις εικόνες τηλεπισκόπησης και τις ανθρώπινες δραστηριότητες από τα δεδομένα εντοπισμού θέσης του κινητού τηλεφώνου, τα σημαντικά ενσωματωμένα χαρακτηριστικά μας βοηθούν να διακρίνουμε τα αστικά λειτουργικά σχέδια τοπίου στην πόλη Shenzhen.
Για να αξιολογήσουμε περαιτέρω την επίδραση της σύντηξης δεδομένων, ομαδοποιήσαμε επίσης όλα τα αστικά κελιά με τις μετρήσεις τοπίου από εικόνες τηλεπισκόπησης ή ανθρώπινες δραστηριότητες από τα δεδομένα εντοπισμού θέσης κινητού τηλεφώνου με την ίδια ιεραρχική συσσώρευση.
Οι ανθρώπινες δραστηριότητες δεν διακρίνονται καλά από την οικολογική περιοχή ή από τον χαμηλό βαθμό αστικοποιημένης περιοχής με τη χαμηλή πυκνότητα ανθρώπινης δραστηριότητας. Συνοπτικά, η σύγκριση μεταξύ των αποτελεσμάτων συγκεντρώσεων των δεδομένων αίσθησης μιας πηγής υποδεικνύει ότι η τηλεπισκόπηση ή η ανίχνευση από τον άνθρωπο (λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα για τον εντοπισμό του κινητού τηλεφώνου ως παράδειγμα) έχει τα δικά του μειονεκτήματα σε αστικά περιοχές με υψηλό ή χαμηλό επίπεδο, αντίστοιχα. Η συγχώνευση εικόνων τηλεπισκόπησης και δεδομένων εντοπισμού θέσης κινητού τηλεφώνου δείχνει μια καλή απόδοση στην απεικόνιση αστικών λειτουργικών ζωνών σε αστικά μεγάλες πόλεις όπως το Shenzhen της Κίνας.
Η απεικόνιση των αστικών λειτουργικών ζωνών παρέχει μια χρήσιμη περιγραφή της χρήσης του αστικού χώρου. Βοηθά τους πολεοδόμους να κατανοήσουν το καθεστώς αστικής ανάπτυξης και την αστική χωροταξική δομή. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπάρχουν διαφορετικές συνθέσεις τοπίων και ανθρώπινων δραστηριοτήτων σε διαφορετικές αστικές λειτουργικές ζώνες. Μετά την κλίση από το αστικό κέντρο στα προάστια και την οικολογική περιοχή, η ένταση και η σύνθεση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων ποικίλλουν σημαντικά. Οι μετρήσεις τοπίου είναι παρόμοιες σε αστικές περιοχές (συμπεριλαμβανομένων αστικών κέντρων, υποκεφαλαίων και προαστίων), όπου η ένταση και η σύνθεση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων διαφοροποιούνται. Από την άλλη, οι μετρήσεις τοπίου διακρίνονται στις λιγότερο αστικοποιημένες περιοχές (συμπεριλαμβανομένου ενός αστικού buffer, της περιοχής διέλευσης και της οικολογικής περιοχής). Αυτό αποδεικνύει ότι η υπάρχουσα αστική ανάπτυξη του Shenzhen έχει ξεπεράσει την ικανότητα εξήγησης των κλασσικών θεωριών. Επίσης, καταδεικνύει ότι η σύντηξη των εικόνων τηλεπισκόπησης και των δεδομένων ανθρώπινης ανίχνευσης μπορεί να χαρακτηρίσει πολύ καλά το σύνθετο πρότυπο των αστικών λειτουργικών ζωνών στο Shenzhen.
