Ανίχνευση αλλαγών κάλυψης και χρήσεων γης με τη χρήση χρονοσειρών δορυφορικών εικόνων: μελέτη του νέου αεροδρομίου Istanbul
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος: Ανίχνευση αλλαγών κάλυψης και χρήσεων γης με τη χρήση χρονοσειρών δορυφορικών εικόνων: μελέτη του νέου αεροδρομίου Istanbul
Πρωτότυπος τίτλος: LAND USE/LAND COVER CHANGE DETECTION USING MULTI–TEMPORAL SATELLITE DATASET: A CASE STUDY IN ISTANBUL NEW AIRPORT
Συγγραφείς: D. Akyürek, Ö. Koç, E.M. Akbaba, F. Sunar
Πηγή: https://d-nb.info/1160979464/34
Εισαγωγή
Στην Κωνσταντινούπολη εντοπίζεται έντονο το πρόβλημα υποδομών μετακινήσεων που να ανταποκρίνονται στην αυξανόμενη ζήτηση, λόγω του πληθυσμού και της ανάπτυξης της περιοχής. Τα δύο υφιστάμενα αεροδρόμια δεν επαρκούν με αποτέλεσμα την κατασκευή του Istanbul Grand Airport (IGA), στην περιοχή Arnanutkoy, στο ευρωπαϊκό τμήμα της Τουρκίας. Η περιοχή αυτή συνιστά την περιοχή μελέτης και καλύπτεται κατά 85% από δασικές εκτάσεις, ενώ βρίσκεται κοντά και σε υδάτινα σώματα.
Σκοπός της μελέτης είναι ο προσδιορισμός των αλλαγών στις καλύψεις γης που επήλθαν από την πρώτη φάση κατασκευής του έργου, η οποία ξεκίνησε το 2015, και της συνακόλουθης αποψίλωσης των δασικών περιοχών. Για τον εντοπισμό των αλλαγών χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι τηλεπισκόπησης με χρήση δορυφορικών εικόνων Landsat 8 OLI/TRS και Sentinel 2A MSI.
Δεδομένα
Τα δορυφορικά δεδομένα που συγκεντρώθηκαν ήταν τέσσερεις εικόνες Landsat 8 και τρεις εικόνες Sentinel 2A για τα έτη 2013 με 2017 και 2015 με 2017 αντίστοιχα. Οι εικόνες επιλέχθηκαν έτσι ώστε να μην παρουσιάζονται σύννεφα και να αντιστοιχούν σε περίπου ίδιες χρονικές περιόδους.
Μεθοδολογία
Προεπεξεργασία: Οι εικόνες Landsat 8 και Sentinel 2A, λόγω των διαφορετικών φασματικών και χωρικών αναλύσεων που παρουσιάζουν, χρησιμοποιήθηκαν σε δύο υποσύνολα για τις απαιτούμενες αναλύσεις. Το πρώτο υποσύνολο αποτελείται από εικόνες Landsat, για την ανίχνευση των αλλαγών, και το δεύτερο από τις εικόνες Landsat 8 και Sentinel 2Α με κανάλια σε παρόμοια τμήματα φάσματος, για την αξιολόγηση των θεματικών χαρτών της μελέτης. Πραγματοποιήθηκε διόρθωση της προβολής των εικόνων, όπου ήταν απαραίτητο, καθώς και γεωμετρική διόρθωση με εικόνα master την Landsat 8 του 2013, ώστε να συμπίπτει ο κάναβος των εικόνων. Φασματικοί δείκτες: Για την καλύτερη αναγνώριση των εμφανίσεων ενδιαφέροντος, χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλοι δείκτες, μέσω συνδυασμού δύο ή περισσότερων καναλιών. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν ο δείκτης βλάστησης NDVI για το διαχωρισμό και τον έλεγχο μεταβολών της βλάστησης και οι δείκτες εδάφους NDSI και BI για τις εικόνες Landsat 8 και Sentinel 2Α αντίστοιχα.
Ταξινόμηση: Για τους σκοπούς της μελέτης χρησιμοποιήθηκε επιβλεπόμενη ταξινόμηση και ειδικότερα η μέθοδος της μέγιστης πιθανοφάνειας. Οι κλάσεις επιλέχθηκαν σύμφωνα με τις κατηγορίες που εντοπίζονται στο πεδίο και δημιουργήθηκαν οι κατάλληλες περιοχές εκπαίδευσης, παραπάνω από μία για κάθε κατηγορία ταξινόμησης. Οι κλάσεις που προέκυψαν ήταν εννέα: θάλασσα, τεχνητές λίμνες, έντονη βλάστηση, αραιή βλάστηση, δύο τύποι εδάφους, κατασκευές και δρόμοι.
Εφαρμογή και αποτελέσματα
Από τη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, προέκυψαν οι κατάλληλοι θεματικοί χάρτες επί των οποίων έγινε η ανίχνευση των μεταβολών και ο εντοπισμός της εναλλαγής της κυρίαρχης κλάσης με τις υπόλοιπες.
Ταξινόμηση εικόνας και ακρίβεια: Για τον υπολογισμό της ακρίβειας, δημιουργήθηκαν μητρώα σφάλματος και υπολογίστηκαν οι ακρίβειες δημιουργού και χρήστη για όλους τους χάρτες. Επιπλέον, η συνολική ακρίβεια για κάθε χάρτη και ο συντελεστής συμφωνίας Kappa, έδειξαν υψηλά ποσοστά επιτυχίας για όλες τις εικόνες, ενώ η μεγαλύτερη ακρίβεια επετεύχθη για τις εικόνες Sentinel 2A, λόγω της καλύτερης χωρικής ανάλυσης και ποιότητας δειγμάτων.
Ανάλυση των παρατηρούμενων μεταβολών: Η μέθοδος της ανίχνευσης μεταβολών τύπου «από, σε» επί των μεταταξινομημένων εικόνων χρησιμοποιήθηκε για όλα τα έτη και σε όλες τις διαθέσιμες εικόνες. Για το έτος 2015 και την εικόνα Sentinel 2A οι μεταβολές προσδιορίστηκαν ως προς το 2013.
Για την περίοδο 2013 – 2014 δεν παρατηρούνται σημαντικές αλλαγές, καθώς το έργο έχει μόλις αρχίσει. Η μεγαλύτερη διαφορά παρατηρείται στην πυκνή βλάστηση που μειώνεται για τη διαμόρφωση του πεδίου. Το διάστημα 2014 – 2015 οι αλλαγές γίνονται πολύ πιο έντονες με μετατροπή υδάτινων στοιχείων (με τη μορφή επιχωμάτων) και πυκνής βλάστησης σε περιοχές κατασκευών. Ως τώρα οι αλλαγές εντοπίζονταν από τις εικόνες Landsat 8, ενώ στο εξής υπήρχαν και οι λήψεις Sentinel 2A. Η λήψη του 2015 συγκρινόμενη με το 2013 εμφάνισε ως μεγαλύτερη αλλαγή την επίχωση υδάτινων φορέων για τις ανάγκες των κατασκευών. Μεταξύ του 2015 και 2016 πολλά από τα έργα διαμόρφωσης του πεδίου είχαν ολοκληρωθεί και η μεγαλύτερη αλλαγή παρατηρείται στην κατηγορία των δρόμων που λαμβάνουν έκταση από τις κατασκευές. Κάποιες διαφοροποιήσεις μεταξύ Landsat 8 Sentinel και 2A παρατηρήθηκαν στο βαθμό μείωσης της πυκνής βλάστησης και των υδάτινων σωμάτων. Τέλος, για το 2016 – 2017 η μείωση πυκνής βλάστηση και υδάτινων φορέων συνεχίζεται, αλλά η μετατροπή κατασκευαστικού χώρου σε οδικό δίκτυο εξακολουθεί να είναι η κύρια. Εδώ, παρατηρείται μεγάλη διαφοροποίηση μεταξύ των δύο δεκτών ως προς την εκτίμηση της μεταβολής υδάτων, λόγω κατακρημνίσεων μεταξύ των ημερομηνιών λήψης. Η εικόνα 1 δίνει συγκεντρωτικά τη μεταβολή καλύψεων γης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης, για καθέναν από τους δορυφορικούς δέκτες που χρησιμοποιήθηκαν.
Συμπεράσματα
Η βασική κάλυψη γης που επηρεάστηκε από την κατασκευή του αεροδρομίου είναι αυτή της πυκνής βλάστησης. Τα αποτελέσματα δείχνουν την αρνητική επίδραση των κύριων έργων και των οδικών δικτύων τόσο στα δάση όσο και στα υδάτινα σώματα, με τη δραματική μείωση του φυσικού περιβάλλοντος της περιοχής. Προκύπτει, λοιπόν, η ανάγκη εφαρμογής τηλεπισκοπικών μεθόδων για την παρακολούθηση της περιοχής που υπόκειται σε συνεχή αστικοποίηση και της λήψης μέτρων.
