Τα φώτα της νύχτας σχετίζονται πιο έντονα με τον όγκο των αστικών κτιρίων παρά με την έκταση της αστικής περιοχής
Από RemoteSensing Wiki
Αρχικός Τίτλος: Night-time lights are more strongly related to urban building volume than to urban area
Συγγραφείς: Lingfei Shi, Giles M Foody, Doreen S Boyd, Renoy Girindran, Lihui Wang, Yun Du & Feng Ling
Ηλεκτρονική διέυθυνση: https://doi.org/10.1080/2150704X.2019.1682709
Πίνακας περιεχομένων |
Εισαγωγή
Οι αισθητήρες νυχτερινού τεχνητού φωτός (Night Time Light – NTL) βοηθάνε στη συλλογή πληροφοριών που αφορούν την αστική πυκνότητα, τον πληθυσμό αλλά και την οικονομική κατάσταση μίας περιοχής. Γενικά, υπάρχει μια ισχυρή σχέση μεταξύ του πληθυσμού και του τεχνητού φωτός που εκπέμπεται κατά τις βραδινές ώρες καθώς τότε είναι οι ώρες που χρησιμοποιείται στα σπίτια, τους χώρους εργασίας κ.λπ. και είναι εύκολα ανιχνεύσιμο. Η ανάπτυξη του πληθυσμού συνεπάγεται αύξηση της έκτασης του αστικού ιστού κάτι που μπορεί να παρατηρηθεί μέσω διαχρονικών δορυφορικών απεικονίσεων, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης αισθητήρων NTL. Η αστική ανάπτυξη μπορεί επίσης να συμβεί στην κατακόρυφη διεύθυνση μέσω της κατασκευής πολυώροφων κτιρίων. Ανάπτυξη η οποία αναμένεται να αυξήσει τη συνολική πηγή του NTL διότι, θα υπήρχαν περισσότερες μονάδες κατοικίας που εκπέμπουν φως. Η ανάπτυξη κατά την κατακόρυφο θα μπορούσε να μελετηθεί παρακολουθώντας τις αλλαγές στο ύψος. Αυξήσεις στο ύψος των αστικών περιοχών, ιδιαίτερα στις κατοικημένες περιοχές, υποδηλώνουν ότι ο όγκος των αστικών κτιρίων αντί της περιοχής μπορεί να αντικατοπτρίζει καλύτερα τις ιδιότητες του οικισμού, τον πληθυσμό του και τη συνολική πηγή του NTL. Συμπεριλαμβάνοντας πληροφορίες σχετικά με το ύψος στις μελέτες μπορεί να είναι δυνατή η ενίσχυση των σχέσεων μεταξύ αστικών κτιρίων και NTL προκειμένου να διευκολυνθεί η μελέτη των αστικών χαρακτηριστικών και του πληθυσμού τους εξ αποστάσεως. Οι πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα της τηλεπισκόπησης, ιδίως των συστημάτων ανύψωσης και ραντάρ, προσφέρουν το δυναμικό για εκτίμηση ύψους σε μεγάλες εκτάσεις που θα επέτρεπε την εκτίμηση του όγκου των αστικών κτιρίων. Τα αερόφερτα συστήματα lidar, για παράδειγμα, προσφέρουν τη δυνατότητα για πολύ ακριβείς τοπικές εκτιμήσεις ύψους. Για μεγάλες εκτάσεις, το ύψος μπορεί να εκτιμηθεί, αν και σε μια σχετικά χονδροειδή κλίμακα, ως η διαφορά μεταξύ ενός ψηφιακού μοντέλου επιφάνειας (DSM) και ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους (DEM).
Περιοχή μελέτης
Αυτό το άρθρο επικεντρώνεται σε μελέτες που πραγματοποιούνται σε δύο κλίμακες χρησιμοποιώντας στοιχεία για τρεις περιοχές. Πρώτον, σε τοπική κλίμακα για τοποθεσίες για τις οποίες το ύψος κτιρίου και το αποτύπωμά τους είναι γνωστό και ακριβές. Αυτό επέτρεψε την ακριβή εκτίμηση της έκτασης του αστικού ιστού καθώς και του όγκου αφήνοντας όμως έξω βασικές πηγές NTL όπως τα φανάρια του δρόμου. Κατά συνέπεια, το δεύτερο σύνολο μελετών πραγματοποιήθηκε σε μια πιο χονδροειδής κλίμακα, στην οποία η συνολική επιφάνεια του αστικού ιστού και το ύψος των κτιρίων εκτιμήθηκαν μέσω δεδομένων DSM και DEM.
Μεθοδολογία
Για κάθε μελέτη υπολογίστηκε η έκταση και ο όγκος του αστικού ιστού. Για τις 19 πόλεις στο Ηνωμένο Βασίλειο που αφορούσαν την μελέτη σε τοπική κλίμακα, το ύψος κάθε κτιρίου λήφθηκε από δεδομένα lidar για να καθοριστεί ο όγκος κάθε κτιρίου και έπειτα ο συνολικός όγκος των κτιρίων. των κτιρίων. Στη χονδροειδή κλίμακα οι εκτιμήσεις της έκτασης της αστικής περιοχής ήταν η συνολική αδιαπέραστη κάλυψη σε κάθε πολιτεία των ΗΠΑ και η συνολική αστική κάλυψη σε κάθε χώρα της ΕΕ στο GRID BUILT-UP. Οι εκτιμήσεις που αφορούσαν τον όγκο τόσο για τις πολιτείες της Αμερικής όσο και για τις χώρε της ΕΕ έγιναν μέσω πολλαπλασιασμού της αστικής περιοχής με τα δεδομένα ύψους που προέκυψαν από την αφαίρεση του DEM από το DSM. Τα δεδομένα NTL που αποκτήθηκαν για κάθε μελέτη χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της συνολικής έντασης του τεχνητού φωτός κατά την διάρκεια της νύχτας για τις αστικοποιημένες περιοχές. Η δύναμη της σχέσης μεταξύ του NTL και της έκτασης αστικού ιστού, όπως επίσης, και η σχέση του NTL και του όγκου της αστικής κάλυψης αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας τον συντελεστής συσχέτισης Pearson (r). Η στατιστική σημασία της διαφοράς στην αντιστοιχία που προέκυψε χρησιμοποιώντας την έκταση και τον όγκο εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας τον στατιστικό συντελεστή του Hotelling (t), το οποίο σχεδιάστηκε ειδικά για τη σύγκριση δύο συντελεστών συσχέτισης που υπολογίζονται από αλληλεπικαλυπτόμενα εξαρτώμενα δείγματα.
Αποτελέσματα
Παρατηρήθηκαν ισχυρές και στατιστικά σημαντικές σχέσεις του NTL με την έκταση και τον όγκο της αστικοποιημένης περιοχής. Οι συντελεστές συσχέτισης που παρατηρήθηκαν για τη σχέση μεταξύ NTL και έκταση αστικής περιοχής στο Ηνωμένο Βασίλειο, ΗΠΑ και ΕΕ ήταν 0.9350, 0.9282 και 0.9446 αντίστοιχα, επιβεβαιώνοντας τα αποτελέσματα άλλων μελετών ότι η σχέση μεταξύ NTL και έκταση αστικής περιοχής είναι ισχυρή. Παρ’ όλα αυτά, οι ισχυρότερες σχέσεις ήταν εμφανείς μεταξύ του NTL και του όγκου της αστικής κάλυψης. Οι συντελεστές συσχέτισης που παρατηρήθηκαν για τη σχέση μεταξύ NTL και όγκου αστικής κάλυψης στις μελέτες με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο, ΗΠΑ και ΕΕ ήταν 0.9548, 0.9563 και 0.9604, αντιστοίχως. Επιπλέον, οι διαφορές στο μέγεθος των συντελεστών συσχέτισης που ελήφθησαν για την έκταση αστικοποιημένης περιοχής και όγκου αστικής κάλυψης ήταν και στις τρεις περιπτώσεις στατιστικά σημαντική με το επίπεδο εμπιστοσύνης να φτάνει το 95%. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η δύναμη της σχέσης μεταξύ του NTL και της αστικής περιοχής μπορεί να αυξηθεί με τη συμπερίληψη πληροφοριών σχετικά με το ύψος των κτιρίων που υπάρχουν στον αστικό ιστό. Το NTL μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αντιπροσωπευτικός παράγοντας για διάφορες μεταβλητές, συμπεριλαμβανομένης της αστικοποίησης, της πυκνότητας του πληθυσμού, και της οικονομικής ανάπτυξης. Με τα δεδομένα ύψους να γίνονται όλο και πιο εύκολα προσβάσιμα, αυτό μπορεί να επιτρέψει μελέτες που χρησιμοποιούν NTL να σχετίζονται περισσότερο με τις βασικές μεταβλητές των αστικών περιοχών και του πληθυσμού τους.
Επίλογος
Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την προηγούμενη ισχυρή σχέση μεταξύ NTL και έκταση της αστικοποιημένης γης και, κριτικά, κατέδειξε ότι αυτή η σχέση θα μπορούσε να ενισχυθεί με την εισαγωγή πληροφοριών σχετικά με το ύψος των κτιρίων του αστικού ιστού. Οι ισχυρότερες σχέσεις μεταξύ NTL και όγκου κάλυψης γης και όχι η έκταση της αστικοποιημένης γης μπορεί να συμβάλει στην ενίσχυση των σπουδών με βάση τα δεδομένα NTL.
