Χωρική ανάλυση χαρτογραφημένων καμένων περιοχών από δορυφορική τηλεπισκόπηση στον Ελλαδικό χώρο
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς: Αθανασίου Ι.,Καλύβας Δ.,Πετρόπουλος Γ.,Κόλλια Β. - Τμήμα Αξιοποίησης Φυσικών Πόρων & Γεωργικής Μηχανικής, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Ελλάδα. - Institute of Geography and Earth Sciences University of Aberystwyth Old College.
Πηγή: Τμήμα Αξιοποίησης Φυσικών Πόρων & Γεωργικής Μηχανικής, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Εισαγωγή
Για την καταγραφή των δασικών πυρκαγιών σήμερα λειτουργούν δύο εξελιγμένα συστήματα που συνδυάζουν την Τηλεπισκόπηση και τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών και είναι το MODIS του διαστημικού οργανισμού της NASA, και το EFFIS της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Σε αυτή την εργασία πραγματοποιείται συγκριτική μελέτη της χαρτογράφησης, των καμένων εκτάσεων μεταξύ των δύο παραπάνω δορυφορικών προϊόντων, εστιασμένη ειδικά στις πυρκαγιές στην περιοχή της Ελλάδας σε σχέση με την γεωγραφική θέση, την συνολική καμένη έκταση των πυρκαγιών μεταξύ των δεδομένων MODIS & EFFIS, σε σχέση με το υψόμετρο και τις χρήσεις/κάλυψης γης. Από την συγκριτική ανάλυση ανεδείχθησαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των δυο προϊόντων σε σχέση με την συνολική έκταση και τις συντεταγμένες των καμένων εκτάσεων. Πρόσθετα σε σχέση με τις χρήσεις γης παρατηρήθηκαν μεγάλες διαφοροποιήσεις και για τα τρία έτη. Ομοίως για το υψόμετρο των καμένων περιοχών εμφανίστηκα, σημαντικές συγκριτικές διαφορές.
Υλικά και Μέθοδοι
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο στην παρακολούθηση της εξέλιξης των δασικών πυρκαγιών όσο και στην καταγραφή των ζημιών μετά την κατάσβεσή τους. Η μικρή χρονική κλίμακα στην οποία αυτές εξελίσσονται απαιτεί τη χρήση δορυφορικών εικόνων με μεγάλη διακριτική ικανότητα για την παρακολούθηση της εξέλιξής τους σε βάρος όμως της χωρικής ανάλυσης (Καρτάλης και Φείδας. 2006). Το MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) αποτελεί βασικό εργαλείο των δορυφόρων TERRA και AQUA οι οποίοι διέρχονται από τον ισημερινό με αντίθετες κατευθύνσεις. Κατά αυτόν τον τρόπο σαρώνουν την συνολική επιφάνεια της γης κάθε 1 έως 2 ημέρες. Η πυρανίχνευση βασίζεται σε απόλυτη ανίχνευση της φωτιάς όταν η ισχύς πυρός είναι αρκετή για να ενεργοποιήσει τον αισθητήρα και παρέχεται ένα προϊόν που παρέχει τις εξής πληροφορίες
- την εκδήλωση της πυρκαγιάς
- τη θέση της πυρκαγιάς
- τα λογικά κριτήρια που χρησιμοποιούνται για την επιλογή της φωτιάς
- το βαθμό εμπιστοσύνης ανίχνευσης πυρκαγιάς
- χωρική ανάλυση 500 μέτρων
Το EFFIS (European Forest Fire Information System) έχει δημιουργηθεί με σκοπό να παρέχει στοιχεία για την προστασία των δασών από τις πυρκαγιές στις χώρες της Ε.Ε. Η καταγραφή του προϊόντος των πυρκαγιών γίνεται με τα λεγάμενα «καυτά σημεία» του MODIS και τους αισθητήρες, των δορυφόρων TERRA και AQUA, τα οποία εντοπίζουν τις περιοχές με σαφώς υψηλότερη θερμοκρασία από το υπόλοιπο περιβάλλον τους (hotspots) Τo EFFIS εφαρμόζει το σύστημα Rapid Damage Assessment (RDA) από το 2003, το οποίο είναι ένα σύστημα ταχείας αξιολόγησης της ζημίας μιας πυρκαγιάς. Το σύστημα αυτό έχει χωρική ανάλυση 250μέτρα. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν το ASTER GDEM ένα ψηφιακό μοντέλο υψομέτρου χωρικής ανάλυσης 30 μέτρων και το CORINE LAND COVER 2000 που μας παρέχει πληροφορίες κάλυψη/χρήσεις γης με χωρική ανάλυση 250 μέτρα Το προϊόν του MODIS-MCD45A1 (πλεγματική μορφή) εισήχθη στο λογισμικό ENVI 4.7, προκειμένου να δημιουργηθεί ένα αρχείο για κάθε έτος που περιέχει όλες τις καμένες εκτάσεις σε ένα διανυσματικό αρχείο. Η εντολή «Math Band» χρησιμοποιήθηκε για την απομόνωση (masking) από το αρχικό αρχείο, ώστε να δημιουργηθεί ένα νέο αρχείο με την καμένη περιοχή για κάθε έτος. Με κατάλληλη επεξεργασία δημιουργήθηκε αρχείο έτοιμο προς επεξεργασία στο ArcMap. Οι χρήσεις γης (CORINE 2000) και το υψόμετρο των καμένων περιοχών, για κάθε έτος προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας τα εργαλεία ανάλυσης GIS (Clip. Intersect) για τα προϊόντα του MODIS & EFFIS αντίστοιχα. Τέλος αποκλείστηκαν όλα τα πολύγωνα που δεν υπήρχε χωρική ταύτιση μεταξύ των δύο προϊόντων, έστω και σε κάποιο μικρό τμήμα τους.
Αποτελέσματα
Για τις τρεις χρονιές μελέτης 2005, 2006 και 2007 παρατηρούμε ότι υπάρχουν διαφορές στην χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων από το MODIS και το EFFIS
Τις χρονιές 2005 και 2006 το MODIS έχει κατά μεγάλο ποσοστό περισσότερες εκτιμώμενες περιοχές από τον ευρωπαϊκό οργανισμό EFFIS.
Για το έτος 2007 υπάρχει διαφοροποίηση των καταγραφών των πυρκαγιών και συγκεκριμένα το EFFIS χαρτογράφησε 271.540 ha καμένων περιοχών σε σχέση με τα σαφώς λιγότερα 228.114 ha του MODIS. Αξιοσημείωτο για το έτος 2005 οι «κοινές περιοχές» τον δυο συστημάτων σε απόλυτη τιμή είναι πολύ μικρή σε σχέση με τις συνολικές.
Η διαφοροποίηση σε σχέση με την περίμετρο και το εμβαδόν των πολυγώνων των δυο συστημάτων φαίνεται και στις εικόνες 1,2,3
Εργασίες με ανάλογα αποτελέσματα έχουν αναφερθεί για την περιοχή της Ελλάδα, δηλαδή υπάρχει σημαντική απόκλιση στο σύνολο των χαρτογραφημένων καμένων περιοχών. Οι χωρικές και οι συνολικές εκτιμώμενες διαφοροποιήσεις πιθανώς οφείλονται σε μεγάλο βαθμό στην διαφορετική χωρική ανάλυση ή και στα διαφορετικά φασματικά κανάλια των δυο συστημάτων.
Επιπλέον διαφορετικές ελάχιστες εκτάσεις για την χαρτογράφηση μιας πυρκαγιάς, MODIS 50ha & EFFIS 40ha, δηλαδή το EFFIS χαρτογραφεί πυρκαγιές μικρού μεγέθους τις οποίες το MODIS τις αφήνει εκτός. Οι διαφορές μπορεί να αποδοθούν στις χωρικές, φασματικές και χρονικές ιδιότητες σε σχέση με τις τεχνικές προδιαγραφές του αισθητήρα του δορυφορικού (Robinson. 1991: Eva and Lambin. 2000: Boschetti et al„ 2004). Στην συνέχεια αν μελετήσουμε τις χρήσεις γης στις εκτιμώμενες καμένες περιοχές παρατηρώντας ότι τα δεδομένα για το έτος 2007 καταλήγουμε αμέσως στο συμπέρασμα ότι το μεν MODIS έχει εντοπίσει περισσότερες γεωργικές περιοχές από τις δασικές ενώ το EFFTS έχει εντοπίσει περισσότερες δασικές περιοχές από τις γεωργικές. Επιπλέον οι κοινές περιοχές είναι απολύτως μοιρασμένες μεταξύ των γεωργικών και δασικών περιοχών.
Στην συνέχεια εισάγεται ο παράγοντας του υψομέτρου για τις καμένες περιοχές των δυο συστημάτων. Για τις πυρκαγιές του 2007 διαπιστώνεται ότι στα χαμηλά υψόμετρα υπάρχει μεγαλύτερος όγκος μετρήσεων οπό το MODIS σε αντίθεση με το EFFIS. Για την χρονιά 2006 παρατηρείται η ανατροπή σε σχέση με το έτος 2007 για τα χαμηλά υψόμετρα μέχρι 500 μέτρα καθώς για το EFFIS έχουμε το μεγαλύτερο ποσοστό των μετρήσεων και σχεδόν όλες οι καμένες περιοχές βρίσκονται στις δυο πρώτες κατηγορίες.
Πιθανή εξήγηση μπορεί να δοθεί από το γεγονός ότι στην καταγραφή του MODIS περιέχονται, και πυρκαγιές που ακολουθούνται ως καλλιεργητική πρακτική (κάψιμο καλαμιάς) σε γεωργικές εκτάσεις που προφανώς εμφανίζονται σε περιοχές με χαμηλό υψόμετρο.
Συμπεράσματα
Από την σύγκριση που εφαρμόστηκε στα δυο προϊόντα έχουμε σημαντικές διαφοροποιήσεις στο σύνολο των καμένων εκτάσεων και στην χωρική διαφοροποίηση των εκτιμώμενων καμένων περιοχών, δηλαδή αποκαλύφτηκαν διαφορές μεταξύ των δύο προϊόντων τόσο χωρικά όσο και σε απόλυτες τιμές. Σε σχέση με τις χρήσεις γης το MODIS έχει χαρτογραφήσει πολύ περισσότερες γεωργικές καμένες περιοχές σε σχέση με το EFFIS. το όποιο έχει καταγράψει μεγαλύτερο ποσοστό δασικών περιοχών για τις 3 χρονιές. Τα συμπεράσματα σε σχέση με το υψόμετρο των καμένων χαρτογραφημένων περιοχών αναδεικνύουν μια τάση στις περιοχές του MODIS να έχουν μεγαλύτερο ποσοστό περιοχών με χαμηλό υψόμετρο σε σχέση με το EFFIS. Εξαίρεση αποτελεί το έτος 2006 όπου έχουμε ισορροπημένα αποτελέσματα μεταξύ των δυο. Εισάγοντας την επιλογή των κοινών πυρκαγιών στην ανάλυση μας, φαίνεται ότι συνεχίζεται η διαφοροποίηση και για τα τρία έτη σε σχέση με τις συνολικές εκτάσεις. Αντίθετα σε σχέση με τους παράγοντες χρήσεις γης και υψόμετρο έχουμε αρκετά μεγάλη εξομάλυνση των διαφοροποιήσεων. Για το έτος 2005 διαφαίνεται να υστερεί το EFFIS περισσότερο στην σωστή απόδοσης της πραγματικά καμένης έκτασης, ενώ για τα έτη 2006 και 2007 υπερτερεί σε σχέση με την σύγκριση των ίδιων πυρκαγιών. Ανάλογες μελέτες που έγιναν στο παρελθόν ανέδειξαν εξίσου μεγάλες διαφορές στην εκτιμώμενη καμένη έκταση μεταξύ επιχειρησιακών προϊόντων. Είναι αρκετά σημαντικό να υπογραμμιστεί ότι η έλλειψη ακριβούς αντιστοιχίας μεταξύ των τελικών δεδομένων δεν σημαίνει απαραίτητα ότι το ένα ή το άλλο προϊόν είναι ανακριβή (Boschetti et al., 2004). Καθώς, η δορυφορική τεχνολογία ανίχνευσης πυρκαγιών δεν χαρτογραφεί το πραγματικό σύνολο των καμένων περιοχών, αλλά ένα μεγάλο ποσοστό το οποίο αυξάνει συνεχώς με την εξέλιξη των συστημάτων. Εν κατακλείδι η μεθοδολογία της σύγκρισης καθώς και τα ευρήματα από τη μελέτη πιθανός να είναι χρήσιμα για την εκτίμηση της αναμενόμενης απόδοσης των εξεταζόμενων εδώ επιχειρησιακών προϊόντων σε άλλες συνθήκες οικοσυστημάτων.
