ΠΑΝΕΠΙΣΤΉΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ
Τμήμα Περιβάλλοντος
Ανάπτυξη τεχνικών ανίχνευσης αλλαγών καλύψεων γης σε προστατευτέες περιοχές:
Εφαρμογές στον κόλπο αλλονής (περιοχή Natura 2000)
με χρήση των πινάκων μεταβολής (transition matrix)
Επιμέλεια: Καλλιόπη Καραθανάση
Επιβλέπων: Επ. Καθ. Π. Δημητρακόπουλος
Σημείωμα
Η παρούσα εργασία αποτελεί μέρος της 2η φάσης μελέτης των μεταβολών των καλύψεων γης στην προστατευτέα περιοχή του κόλπου Καλλονής.
Η 1η φάση αφορούσε κυρίως τη δημιουργία χαρτών κάλυψης γης διαφορετικών χρονικών στιγμών μέσα από την ταξινόμηση αντίστοιχων δορυφορικών εικόνων της συγκεκριμένης περιοχής μελέτης που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια σχετικής πτυχιακής εργασίας (Νεοκοσμίδης 2007).
Η συγκεκριμένη έρευνα εντάσσεται σε ένα ευρύτερο ερευνητικό πλαίσιο που αφορά τη διαχείριση της υπαίθρου με έμφαση στις περιοχές προστασίας της φύσης, μέρος σχετικής διδακτορικής έρευνας που πραγματοποιείται στα πλαίσια του προγράμματος Πυθαγόρας II, με τίτλο «Σχεδιασμός Διατήρησης της Φύσης και της Βιοποικιλότητας: Εργαλεία και Μέθοδοι Περιβαλλοντικής Διαχείρισης της Υπαίθρου» μέσα από το οποίο προμηθεύτηκαν και τα αρχικά χαρτογραφικά δεδομένα.
Ευχαριστίες
Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω τον υποψήφιο διδάκτορα Βάσιο Γιώργο για τη βοήθεια που μου πρόσφερε κατά την ανάλυση και την συγγραφή της πτυχιακής μου εργασίας. Ακόμη, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέπον καθηγητή της εργασίας μου Επ. Καθηγητή Παναγιώτη Δημητρακόπουλο και τα μέλη της τριμελής επιτροπή της παρουσίασης. Θερμές ευχαριστίες δίνω και στους φίλους μου Λεονταρίδου Μαρία και Νεοκοσμίδη Λάζαρο για τη συμπαράστασή τους.
Η πτυχιακή εργασία είναι αφιερωμένη στη μητέρα μου!!
Περίληψη
Στη συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία, γίνεται μια προσπάθεια ανάπτυξης τεχνικών ανίχνευσης αλλαγών καλύψεων γης, εστιάζοντας σε προστατευτέες περιοχές και συγκεκριμένα στη προστατευτέα περιοχή του κόλπου Καλλονής. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι η ανίχνευση αλλαγής καλύψεων με τη χρήση των πινάκων μεταβολής (transition matrix). Για τη δημιουργία των πινάκων μεταβολής χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό πρόγραμμα Knowledge Engineer του Erdas Imagine, ενώ ως δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν ταξινομημένες δορυφορικές εικόνες από διάφορες χρονικές περιόδους.
Κατά τη διάρκεια ανάλυσης μελετήθηκαν σύνθετα ερωτήματα που αφορούν τις αλλαγές καλύψεων και χρήσεων γης. Στο Knowledge Engineer (ΚΕ) μπορούν να σχεδιασθούν εξειδικευμένοι αλγόριθμοι ώστε να μελετηθούν τα συγκεκριμένα ερωτήματα. Από τους διάφορους πίνακες μεταβολής, ανιχνεύθηκαν αλλαγές στην περιοχή μελέτης που αφορούν κυρίως το δομημένο και το αγροτικό περιβάλλον καθώς και τα ημιφυσικά οικοσυστήματα.
Για την ανάδειξη της συγκεκριμένης προσέγγισης, εξετάσθηκαν διάφορες εφαρμογές όπως τα σφάλματα στα ταξινομημένα εικονοστοιχεία του δομημένου περιβάλλοντος της χρονιάς 1987 και η έλλειψη πληροφορίας του 2003. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν διαφορετικοί αλγόριθμοι, ειδικοί ανά περίπτωση και αναλύθηκαν τα επιμέρους αποτελέσματα.
Συμπερασματικά, οι πίνακες μεταβολής διαφαίνεται ότι θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα χρήσιμο εργαλείο για την ανίχνευση αλλαγών καλύψεων και χρήσεων γης, και κατά συνέπεια να συμβάλουν στην παρακολούθηση και διαχείριση των προστατευτέων περιοχών. Επιπλέον, το ΚΕ παρέχει τη δυνατότητα εύκολου υπολογισμού των πινάκων μεταβολής και την ευελιξία σχεδιασμού εξειδικευμένων αλγορίθμων για τη μελέτη σύνθετων ερωτημάτων.
Περιεχόμενα
1. Εισαγωγή... 9
1.1. Πλαίσιο Φύση 2000 ... 10
1.2. Τοπίο... 11
1.3. Τηλεπισκόπηση και Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών... 11
1.4. Ανίχνευση αλλαγών (Πίνακες Μεταβολών)... 13
1.5. Ευρύτερο πλαίσιο εργασίας... 15
1.6. Αντικειμενικός σκοπός... 16
1.7. Περιγραφή περιοχής μελέτης... 17
2. Μεθοδολογία... 19
2.1. Βασικό διάγραμμα ροής... 19
2.2. Λογικά διαγράμματα ροής του εργαλείου... 21
2.3. Διόρθωση θεματικών χαρτών... 22
2.3.1. Συμπλήρωση της έλλειψης πληροφορίας... 23
2.3.2. Σφάλμα ταξινόμησης... 25
2.4. Ανίχνευση αλλαγών με πίνακες μεταβολής... 27
3. Αποτελέσματα... 29
3.1. Διόρθωση θεματικών χαρτών... 29
3.1.1. Συμπλήρωση της έλλειψης πληροφορίας: διόρθωση του 2003 για Ζώνη Α... 29
3.1.2. Σφάλματα ταξινόμησης: σφάλμα του 1987 (δομημένο περιβάλλον) για Ζώνη Α... 32
3.2. Ανίχνευση αλλαγών... 35
4. Συμπεράσματα... 44
Βιβλιογραφία... 45
Παράρτημα Ι... 47
Παράρτημα ΙΙ... 51
Παράρτημα ΙΙΙ... 56
Πίνακες
Πίνακας 1: Θεωρητικός πίνακας μεταβολών... 14
Πίνακας 2: Αντιστοιχία κλάσεων Corine με τάξεις των αρχικών δεδομένων της περιοχής μελέτης (Κόλπος Καλλονής: 1987, 2001, 2002, 2003, 2006). ... 15
Πίνακας 3: Παράδειγμα πίνακα μεταβολής της Ζώνης Α για τα έτη 2002-2003. ... 23
Πίνακας 4: Παράδειγμα πίνακα μεταβολών δομημένου περιβάλλοντος (Ζώνη Α) για 1987-2006. 25 Πίνακας 5: Παράδειγμα πίνακα μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνες Α-Β-Γ) για τα έτη 1987- 2006... 27
Πίνακας 6: Πίνακας καλύψεων γης της Ζώνης Α για τα έτη 2001, 2002 και 2003... 29
Πίνακας 7: Πίνακας μεταβολών της περιοχής με έλλειψη δεδομένων (2003: Ζώνη Α) για το 2001- 2002... 30
Πίνακας 8: Πίνακας εντοπισμού σφάλματος της χρονιάς 1987 στη Ζώνη Α. ... 32
Πίνακας 9: Κάλυψη γης του δομημένου περιβάλλοντος του 1987 κλάσεων ανά χρονιά... 33
Πίνακας 10: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Α) για τα έτη 2001-2006... 36
Πίνακας 11: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Β) για τα έτη 2001-2006. ... 36
Πίνακας 12: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Γ) για τα έτη 2001-2006. ... 37
Πίνακας 13: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Α - Β - Γ) για τα έτη 1987-2006. . 41
Πίνακας 14: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Α - Β - Γ) για τα έτη 2001-2006. . 41
Πίνακας 15: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Α - Β - Γ) για τα έτη 2002-2006. . 41
Πίνακας 16: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Α - Β - Γ) για τα έτη 2003-2006. . 42
Πίνακας 17: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Α) για τα έτη 1987-2001... 47
Πίνακας 18: : Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Β) για τα έτη 1987-2001. ... 47
Πίνακας 19: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Γ) για τα έτη 1987-2001. ... 47
Πίνακας 20: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνες Α - Β - Γ) για τα έτη 1987-2001. 48 Πίνακας 21: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Α) για τα έτη 2001-2002... 48
Πίνακας 22: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Β) για τα έτη 2001-2002. ... 48
Πίνακας 23: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνη Γ) για τα έτη 2001-2002. ... 48 Πίνακας 24: Πίνακας μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνες Α – Β - Γ) για τα έτη 2001-2002. 49
Διαγράμματα
Διάγραμμα 1: Διάγραμμα ροής παρακολούθησης αλλαγών καλύψεων γης (land cover change
monitoring)... 20
Διάγραμμα 2: Στοιχεία του Knowledge Engineer program. ... 21
Διάγραμμα 3: Παράδειγμα ανίχνευσης αλλαγής με το Knowledge Engineer program... 22
Διάγραμμα 4: Δείγμα αλγορίθμου εστίασης ελλιπών δεδομένων της χρονιάς 2003. ... 23
Διάγραμμα 5: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου εντοπισμού σφαλμάτων ταξινόμησης. Η υπόθεση της σταθερότητας του δομημένου περιβάλλοντος. ... 25
Διάγραμμα 6: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου εντοπισμού σφαλμάτων ταξινόμησης. Η υπόθεση της αλλαγής του δομημένου περιβάλλοντος. ... 26
Διάγραμμα 7: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου εντοπισμού σφαλμάτων ταξινόμησης. Η υπόθεση των ελλιπή δεδομένων... 26
Διάγραμμα 8: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου ανίχνευσης αλλαγής από κλάση ημιφυσικών οικοσυστημάτων σε κλάση δομημένου περιβάλλοντος στις περιοχές Α, Β και Γ... 27
Εικόνες
Εικόνα 1: Κάλυψη γης συστήματος ζώνωσης της Προστατευτέας περιοχής του κόλπο καλλονής. 18
Εικόνα 2: Λογισμικό ανίχνευσης σφαλμάτων: συμπλήρωση της έλλειψης πληροφορίας. ... 24
Εικόνα 3: Λογισμικό ανίχνευσης σφαλμάτων: σφάλματα ταξινόμησης... 26
Εικόνα 4: Λογισμικό ανίχνευσης αλλαγής... 28
Εικόνα 5 : Ανίχνευση αλλαγής κάλυψης (Ζώνη Α: 2001-02), από όλες τις κλάσεις του 2001, σε κλάσεις αγροτικού περιβάλλοντος του 2002. Η εστίαση έγινε σε περιοχές με ελλιπή πληροφορία του 2003 (22.717 pixels). ... 31
Εικόνα 6: Απεικόνιση σφαλμάτων δομημένου περιβάλλοντος του 1987 (Ζώνη Α). ... 34
Εικόνα 7: Ανίχνευση αλλαγής: Από όλες τις κλάσεις σε κλάση Αγροτικού περιβάλλοντος (Ζώνη Α: 2001-06). ... 38
Εικόνα 8: Ανίχνευση αλλαγής: Από όλες τις κλάσεις σε ημιφυσικού Οικοσυστήματος (Ζώνη Β: 2001-06). ... 39
Εικόνα 9: Ανίχνευση αλλαγής: Από όλες τις κλάσεις σε κλάση ελλιπής πληροφορίας (Ζώνη Γ: 2001-06). ... 40
Εικόνα 10: Παράδειγμα ανίχνευση αλλαγής από όλες τις κλάσεις σε κλάση δομημένου περιβάλλοντος ολόκληρης της προστατευτέας περιοχής για τα έτη 1987 – 2006 και 2001 – 2006.43 Εικόνα 11: Παράδειγμα ανίχνευσης αλλαγής από όλες τις κλάσεις σε κλάση δομημένου περιβάλλοντος ολόκληρης της προστατευτέας περιοχής για τα έτη 2002 – 2006 και 2003 – 2006.43 Εικόνα 12: Κάλυψη γης 1987. ... 56
Εικόνα 13: Κάλυψη γης 2001. ... 57
Εικόνα 14:Κάλυψη γης 2002. ... 58
Εικόνα 15: Κάλυψη γης 2003. ... 59
Εικόνα 16: Κάλυψη γης 2006. ... 60
1. Εισαγωγή
Ένα από τα σημαντικότερα ερευνητικά ερωτήματα του εικοστού πρώτου αιώνα, αφορά τη διαχείριση και την ανάλυση των γεωγραφικών δεδομένων. Η αντίληψη του χώρου, δεν είναι κάτι στατικό, αλλάζει σύμφωνα με το χρόνο και ανάλογα με το συνολικό κοινωνικό, οικονομικό και τεχνολογικό περιβάλλον. Υπολογίζεται πως το 80% των οικονομικών και πολιτικών αποφάσεων σε παγκόσμιο επίπεδο εμπλέκουν άμεσα ή έμμεσα γεωγραφικές πληροφορίες (Στεφανάκης 2003).
Η ανάλυση χώρου βασίζεται στην εφαρμογή στατιστικών τεχνικών στα χωρικά στοιχεία, ωστόσο, είναι δυνατό να επεκταθεί η διαδικασία της ανάλυσης δεδομένων στη δημιουργία μοντέλων, για την εφαρμογή μεθόδων έρευνας και άλλων αναλυτικών τεχνικών. Με άλλα λόγια, η ανάλυση χώρου να εστιάζεται στην αποκάλυψη των πιθανών σχέσεων μεταξύ των χωρικών προτύπων και άλλων χαρακτηριστικών μιας περιοχής μελέτης με τη μοντελοποίηση αυτών των σχέσεων. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται μέθοδος αναλυτικής επεξεργασίας και μοντελοποίησης (Κοτσόπουλος 2005).
Στη παρούσα εργασία η παραπάνω μέθοδος χρησιμοποιείται ως εργαλείο υποστήριξης για την ανάπτυξη τεχνικών ανίχνευσης αλλαγών καλύψεων γης προστατευτέων περιοχών. Η περιοχή που εξετάζεται για την ανάλυση αυτών των τεχνικών, είναι η προστατευτέα περιοχή του κόλπου Καλλονής.
1.1. Πλαίσιο Φύση 2000
Η Οδηγία 92/43/ΕΟΚ θεσμοθετήθηκε με στόχο να προστατευθεί η άγρια πανίδα και χλωρίδα των οικοτόπων, ώστε να διατηρηθεί η βιολογική ποικιλότητα των ευρωπαϊκών κρατών μελών. Σε αυτή την οδηγία βασίζεται το Δίκτυο Φύση 2000, από το οποίο αντιπροσωπεύεται πάνω από το 20% της εδαφικής επικράτειας της Ευρώπης (http://www.euramis.net/scadplus/glossary/natura_el.htm ).
Αξίζει να διευκρινισθεί πως το δίκτυο Φύση 2000 δε στοχεύει απλά στη προστασία ορισμένων τύπων ενδιαιτημάτων, αλλά σε ολόκληρες περιοχές. Κάθε μία από τις περιοχές του Φύση 2000, χρήζει να ορισθεί ως ΄΄Ειδική Ζώνη Διατήρησης αλλά και να ορισθούν επακριβώς τα προτειχίσματα για τη διατήρηση ή αποκατάσταση της. Οι κατηγορίες που απαρτίζουν το δίκτυο Φύση 2000 είναι δύο. Η πρώτη περιλαμβάνει περιοχές για τη προστασία της ορνιθοπανίδας και χαρακτηρίζονται ως ΄΄Ζώνες Ειδικής Προστασίας΄΄. Η δεύτερη περικλείει τα είδη κοινοτικού ενδιαφέροντος λαμβάνοντας υπόψη τους τύπους οικοτόπων και χαρακτηρίζονται ως ΄΄Τόποι Κοινοτικής Σημασίας΄΄.
Η Ελλάδα απαντάται από έναν μεγάλο αριθμό διαφορετικών φυσικών και ημυσικών βιοτόπων, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ιδιόμορφους σχηματισμούς και τοπία (Καρτάλης, Φείδας 2006). Το 18% του ελλαδικού χώρου καλύπτεται με προτεινόμενες περιοχές Φύση 2000 (Boteva et al. 2004). Δεν είναι απίθανο να προστεθούν και άλλες περιοχές τα επόμενα χρόνια, εφόσον η Μεσογειακή λεκάνη φιλοξενεί ένα μεγάλο αριθμό ενδημικών πουλιών και για αυτό πρέπει να θεωρηθεί ως περιοχή υψηλής αξίας (Δημητρακόπουλος 2006).
1.2. Τοπίο
Τοπίο είναι μια ετερογενής μορφολογικά έκταση, που συντίθεται από ένα σύνολο διαφορετικών φυσιογνωμικά οικοσυστημάτων, (Μασίκα 1992).
Η μεταβολή του τοπίου έχει τρία επίπεδα:
Φυσική διαταραχή. Έχει μεγάλης χρονικής διάρκειας μεταβολή, εφόσον προκαλείται αλλαγή χρήσεων γης φυσικού περιβάλλοντος σε χρήσεις αγροτικού περιβάλλοντος.
Μεταβολή τοπίου. Υπάρχει μέσος χρόνος μεταβολής, γίνεται μετατροπή του τοπίου φυσικού περιβάλλοντος σε τοπίο αγροτικών εκτάσεων, οικισμών και συγκοινωνιακών υποδομών.
Καθολική μεταβολή τοπίου. Μεγάλης κλίμακας αλλαγή σε μικρό χρονικό διάστημα.
Μετατροπή φυσικού τοπίου σε τοπίο δομημένου περιβάλλοντος.
1.3. Τηλεπισκόπηση και Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών
Η Τηλεπισκόπηση αποτελείται από τρία τμήματα. Το πρώτο είναι οι στόχοι που συνιστούν τα υπό μελέτη αντικείμενα ή τα φαινόμενα μιας περιοχής, το δεύτερο είναι η συλλογή δεδομένων, μέσω ορισμένων οργάνων και το τελευταίο η ανάλυση και ερμηνεία των δεδομένων, (Μερτίκας 1999).
Για περισσότερο από τρεις δεκαετίες, δεδομένα από δορυφόρους και αερομεταφερόμενους ανιχνευτές έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση της γης. Τα τελευταία χρόνια τα διάφορα δορυφορικά δεδομένα χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση και ερμηνεία διαφόρων περιοχών.
Η υποστήριξη της συλλογής, διαχείρισης, επεξεργασίας, ανάλυσης, μοντελοποίησης και απεικόνισης διαφόρων δεδομένων που αναφέρονται και μεταβάλλονται στο χωροχρόνο, είναι δυνατό να επιτευχθεί με τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΣΓΠ). Τα προαναφερόμενα συστήματα χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εφαρμογές, οι οποίες μπορεί να είναι κοινωνικοοικονομικές (π.χ. ανάλυση αγοράς), περιβαλλοντικές (π.χ., έλεγχος
πυρκαγιών), αλλά και εφαρμογές διαχείρισης (π.χ., πλοήγηση πλοίων). Ο ρόλος των ΣΓΠ σε αυτές τις εφαρμογές είναι να προσφέρουν στους χρήστες και τους υπεύθυνους για τη λήψη αποφάσεων ισχυρά εργαλεία για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων.
Στις περιβαλλοντικές εφαρμογές, η Τηλεπισόπηση συμβάλει δυναμικά στη παρακολούθηση και προστασία των φυσικών οικοσυστημάτων. Εφόσον το φυσικό ενδιαίτημα είναι μια οργανωμένη δυναμική ενότητα που βρίσκεται σε συνεχή εξέλιξη και παρουσιάζει ιδιαίτερο οικολογικό ενδιαφέρον, έτσι, επιβάλλεται η συστηματική του παρακολούθηση. Ο σκοπός της παρακολούθησης των ενδιαιτημάτων, φέρει στις προσπάθειες βιώσιμης διαχείρισης των ενδιαιτημάτων, την ικανότητα ευελιξίας.
Ένα αποτελεσματικό εργαλείο για την αναγνώριση, ταξινόμηση και οριοθέτηση των φυσικών ενδιαιτημάτων αποτελεί η δορυφορική Τηλεπισόπηση. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις της Κοινοτικής Οδηγίας 92/43 για τη συγκρότηση του δικτύου Φύση 2000, η συγκρότηση των εικόνων που έχουν ληφθεί σε διαφορετικές χρονικές περιόδους μπορεί να δώσει πληροφορίες για τις αλλαγές που παρατηρούνται στο ενδιαίτημα.
Η παραγωγή ενός χάρτη χρήσεων γης δεν είναι τίποτε άλλο από μια διαδικασία κατάτμησης μιας δορυφορικής εικόνας σε τμήματα, εκ των οποίων κάθε ένα αντιστοιχεί σε μια ερμηνευμένη χρήση. Σύμφωνα με τους Καρτάλη και Φείδα (2006), οι ορισμοί των χρήσεων – καλύψεων γης είναι:
Ο όρος Χρήση γης (Land Use), αναφέρεται ειδικότερα στο τρόπο χρήσης της γης από τον άνθρωπο, συνήθως με έμφαση στο λειτουργικό ρόλο της γης και στις οικονομικές δραστηριότητες.
Ο όρος κάλυψη γης (Land Cover), με την ευρεία έννοια, αφορά τη κατηγοριοποίηση των διαφόρων φυσικών και ανθρωπογενών στοιχείων του εδάφους με βάση τις ορατές
1.4. Ανίχνευση αλλαγών (Πίνακες Μεταβολών)
Ένας εύχρηστος τρόπος διερεύνησης των μεταβολών της κάλυψης γης, είναι μέσω χωρικών δεδομένων. Η κατάλληλη μεθοδολογία είναι αυτή της ανίχνευσης αλλαγής χρησιμοποιώντας ήδη ταξινομημένους χάρτες, ώστε να μελετηθούν οι μεταβολές των διαχρονικών τους δεδομένων. Με άλλα λόγια, χάρτες κάλυψης γης μοντελοποιούνται λογικά ώστε να εξάγουν αποτελέσματα αλλαγής χρήσης ή κάλυψης γης.
Η διαδικασία ανίχνευσης αλλαγής είναι, εν συντομία, η ταξινόμηση για δύο επίπεδα δεδομένων εκφραζόμενα σε ένα πίνακα, (Johnston 1998). Κατά μήκος του πίνακα αναδεικνύονται οι κωδικοί κλάσης του πρώτου επιπέδου δεδομένων, ενώ εγκάρσια του πίνακα οι κωδικοί κλάσης του δευτέρου επιπέδου. Ο αριθμός των πιθανών μεταθέσεων είναι ο αριθμός στο πρώτο επίπεδο δεδομένων, επί τον αριθμό του δευτέρου.
Οι μαθηματικές εκφράσεις των πιθανοτήτων μεταβολής, είναι δυνατό να υπολογιστούν από τις αλλαγές της μια κλάσης στην άλλη.
Εξίσωση: Πιθανότητα που ένα δεδομένο εικονοστοιχείο ή μονάδα τοπίου, έχει αλλάξει από τη κλάση i στη κλάση j κατά το χρονικό διάστημα τ. (Πηγή: Johnston 1998).
PI,J,τ είναι η πιθανότητα που μια μονάδα τοπίου έχει αλλάξει από τη κλάση i στη κλάση j
κατά χρονικό διάστημα τ, ενώ ni,j είναι ο αριθμός των μεταβολών σε όλα τα εικονοστοιχεία σε ένα τοπία με m κλάσεις.
Ένας θεωρητικός πίνακας ανίχνευσης αλλαγής παρουσιάζεται στο Πίνακα 1. Το πρώτο κελί αναδεικνύει την έκταση της περιοχής ενδιαφέροντος, συνήθως σε μονάδες pixels ή/και m3. Η έκταση της περιοχής μελέτης, φαίνεται και στο τελευταίο κελί (Total Area).
Οι στήλες (Class 1, Class 2, Class 3, Class 4, Class 5 Unclassified του Initial Year), αποτελούν τα ποσά των κλάσεων της αρχικής χρονιάς, ενώ οι γραμμές (Class 1, Class 2, Class 3, Class 4, Class 5 Unclassified τού Final Year) τα ποσά των κλάσεων της τελικής
χρονιάς. Η τελευταία στήλη, είναι η στήλη της κάλυψης γης της αρχικής χρονιάς και αποτελεί το άθροισμα των αλλαγών που ανιχνεύονται από την αρχική χρονιά στη τελική (Sum of Initial Year). Αντίστοιχα, η τελευταία γραμμή, είναι η γραμμή της κάλυψης γης της τελικής χρονιάς και αποτελεί το άθροισμα των αλλαγών που ανιχνεύονται στην αρχική χρονιά (Sum of Final Year). Είναι αναγκαίο το συνολικό άθροισμα της αρχικής χρονιάς να ισούται με το συνολικό άθροισμα της τελικής χρονιάς και το κάθε ένα από αυτά τα συνολικά αθροίσματα να είναι ίσα με το τελευταίο κελί του πίνακα. Η ανίχνευση αλλαγής, φαίνεται στα εσωτερικά κελιά (κενά κελιά στο Πίνακα 1) του πίνακα μεταβολών. Η διαγώνιος είναι όλες αυτές οι εκτάσεις που δεν ανιχνεύθηκε αλλαγή και θεωρούνται ως σταθερά κελιά.
Πίνακας 1: Θεωρητικός πίνακας μεταβολών
1.5. Ευρύτερο πλαίσιο εργασίας
Τα βήματα που καλύπτουν τις ανάγκες της ανίχνευσης αλλαγής, είναι, πρώτα η αγορά των δορυφορικών εικόνων και δεύτερον η ταξινόμηση των εικόνων. Το τρίτο βήμα αναφέρεται στη δημιουργία αλγορίθμων των χωρικών δεδομένων με στόχο την ερμηνεία των ανιχνεύσεων αλλαγής, μέσο πινάκων μεταβολής. Στη παρούσα εργασία, πραγματοποιείται το τελευταίο βήμα. Οι ταξινομημένες εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν, αποτελούν υλικό προηγούμενης πτυχιακής εργασίας του Λ. Νεοκοσμίδη (2007).
Στη προηγούμενη διπλωματική είχαν παραχθεί ταξινομημένες εικόνες για τις χρονιές 1987, 2001, 2002, 2003 και 2006. Οι καλύψεις γης των εικόνων αυτών ήταν συνολικά 14.
Για τις ανάγκες της παρούσας εργασίας χρησιμοποιούνται οι τάξεις του συστήματος Corine, που είναι το δομημένο περιβάλλον*, το αγροτικό περιβάλλον, τα δασικά- ημιφυσικά οικοσυστήματα, οι υδροβιότοποι, το θαλάσσιο περιβάλλον, επιπλέον προστέθηκε και η έλλειψη δεδομένων (μη ταξινομημένα εικονοστοιχεία). Έτσι, πραγματοποιήθηκε ομαδοποίηση των δεκατεσσάρων τάξεων στις τάξεις του Corine, όπως φαίνεται στο παρακάτω πίνακα (Πίνακας 2).
Πίνακας 2: Αντιστοιχία κλάσεων Corine με τάξεις των αρχικών δεδομένων της περιοχής μελέτης (Κόλπος Καλλονής: 1987, 2001, 2002, 2003, 2006).
* Το δομημένων περιβάλλον (Urban Environment) στη βιβλιογραφία αναφέρεται και ως αστικό περιβάλλον.
1.6. Αντικειμενικός σκοπός
Η συγκεκριμένη εργασία έχει ως σκοπό τη σχεδίαση και ανάπτυξη τεχνικών ανίχνευσης αλλαγών καλύψεων γης ικανών να αποτελέσουν δομικά στοιχεία ενός συστήματος παρακολούθησης των προστατευτούν περιοχών.
Ιδιαίτερα ερωτήματα που διερευνήθηκαν είναι:
A. Κατά τη σχεδίαση της μεθοδολογίας:
1. Οι πίνακες μεταβολής (transition matrix) μπορούν να διευκολύνουν στην ανάλυση των αλλαγών καλύψεων γης μιας προστατευτέας περιοχής;
2. Με τη χρήση τους μπορούν να διερευνηθούν εξειδικευμένα ερωτήματα που αφορούν:
Την ανίχνευση σφαλμάτων των θεματικών χαρτών (π.χ. έλλειψη δεδομένων, σφάλματα ταξινόμησης);
Την ανίχνευση αλλαγών σε συγκεκριμένες περιοχές και χρονικές περιόδους;
B. Κατά την ανάπτυξη του εργαλείου:
1. Το Knowledge Engineer program του Erdas Imagine μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον υπολογισμό των πινάκων μεταβολής;
2. Στο Knowledge Engineer μπορούν να σχεδιασθούν ευέλικτοι αλγόριθμοι που με τη σύνθεση τους να αναλύονται εξειδικευμένα ερωτήματα ανίχνευσης αλλαγών στις προστατευτέες περιοχές;
3. Πόσο προσιτή είναι η χρήση του Knowledge Engineer σε χρήστες μη ειδικούς στα Σ.Γ.Π.;
1.7. Περιγραφή περιοχής μελέτης
Στο βόρειο τμήμα της Λέσβου βρίσκεται ο κόλπος της Καλλονής, ο μεγαλύτερος του νησιού. Η χερσαία περιοχή καταλαμβάνει περίπου το ένα τέταρτο του νησιού (Anagnostopoulou 1995).
Η γεωμορφολογία της περιοχής ποικίλει με βραχώδεις και αμμώδεις ακτές, υδροβιότοπους, μεσογειακούς οικότυπους και αλυκές. Η λεκάνη απορροής είναι κυρίως ορεινή με ψηλότερη κορυφή στο Βόρειο άκρο της λεκάνης να αγγίζει τα 968 μέτρα. Το δυτικό και ανατολικό μέρος περικλείεται από κορυφές μεταξύ 500-600 μέτρων, (Anagnostopoulou 1995).
Το κλίμα όλου του νησιού χαρακτηρίζεται ως Τυπικό Μεσογειακό τύπου Csa, οπότε υπάρχει ετήσια βροχόπτωση 30-90cm. Η θερμοκρασία ποικίλει μεταξύ -4οC (από τις μικρότερες) και 40οC(από τις μεγαλύτερες). Ο μέσος όρος θερμοκρασίας στις πιο κρύες εποχές είναι 9οC και τις πιο θερμές 27οC, (Anagnostopoulou 1995).
Τα υδρογεωλογικά χαρακτηριστικά της περιοχής αναφέρονται σε πυκνής χωρικής κλίμακας μικρά ποτάμια, πολλά εκ των οποίων καταλήγουν στη θάλασσα. Από ο πολυσχιδές και απότομο ανάγλυφο της ευρύτερης περιοχής του κόλπου σε συνδυασμό με τις ραγδαίες βροχοπτώσεις πάνω στις λεκάνες απορροής, δημιουργούνται ευνοϊκές συνθήκες σχηματισμού ποταμοχειμάρρων, (Anagnostopoulou 1995).
Η προτεινόμενη περιοχή για την προστασία του υγροτόπου του κόλπου Καλλονής, έχει εκπονηθεί από την Ειδική Περιβαλλοντική Μελέτη (ΕΜΠ) των Μανδυλά Χριστόφορο (Περιβαλλοντολόγος) και Καρδακάρη Νίκη (Ορνιθολόγος), τα έτη 1998 και 2000, βάση του Natura 2000, ως προτεινόμενη περιοχή, ορίζεται όλο το χερσαίο τμήμα γύρο από το κόλπο.
Στη περιοχή μελέτης πραγματοποιήθηκε ένα σύστημα ζώνωσης, το αποτέλεσμα ήταν δημιουργία τριών ζωνών. Η διάκριση των τριών ζωνών, έγινε βάση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων που επιτρέπονται εντός των ορίων τους. Η ζώνη Α αποτελεί τη Περιοχή
Οικοανάπτυξης και στοχεύετε κάθε δράση ώστε να προστατευθεί η βιοποικιλότητα της περιοχής. Εν ολίγοις, η ζώνη αυτή καθορίζεται ως περιοχή απόλυτης προστασίας και αποκατάστασης. Η ζώνη Β ή διαφορετικά η ρυθμιστική ζώνη, είναι η περιοχή στην οποία το σύνολο των εκτάσεων περικλείονται από τη γραμμή οριοθέτησης της πρώτης ζώνης.
Βασικός στόχος αυτής της ζώνης είναι η διατήρηση των φυσικών και πολιτιστικών χαρακτηριστικών της περιοχής. Η τελευταία ζώνη, είναι η περιοχή που θεωρείται ως συνοριακή και οι αναπτυξιακές της πρακτικές, όπως οικιστική και γεωργική ανάπτυξη, αναμφίβολα, χρήζουν να είναι ελεγχόμενες.
2. Μεθοδολογία
Η ανίχνευση αλλαγής δεν είναι τίποτε άλλο από μια διαδικασία σύγκρισης σαφών βάσεων δεδομένων από δύο διαφορετικές χρονικές περιόδους για το καθορισμό της θέσης και φύσης της αλλαγής στο χρόνο. Η εύρεση αλλαγής με τη βοήθεια των ΣΓΠ, αποκαλύπτει τη θέση της μεταβολής και τη χωρική της έκταση.
Οι οικολόγοι πεδίου ανιχνεύουν τις αλλαγές με στατιστική σύγκριση δεδομένων που συλλέχθηκαν σε διαφορετικούς χρόνους και καθορίζοντας εάν το μέγεθος της αλλαγής είναι ικανοποιητικό ώστε να ανταποκρίνεται σε έναν έλεγχο σημαντικότητας (test of significance). Οι πίνακες μεταβολών ταξινομημένων εικόνων, προσφέρουν πληροφορίες που αναπαριστούν έναν ολόκληρο πληθυσμό, έναντι ενός δείγματος αυτού του πληθυσμού όπως γίνεται στις στατιστικές τεχνικές (Johnston 1998). Εφόσον όμως οι πληθυσμοί μέσω των ΣΓΠ συγκρίνονται στη πληρότητά τους, η έννοια της σημαντικής αλλαγής δεν είναι ικανοποιητικά εφαρμόσιμη. Οπότε λοιπόν, κάθε αλλαγή που υφίσταται είναι σημαντική παρόλο το μέγεθός της. Οι χάρτες που δημιουργούνται έτσι ώστε να σχηματισθούν οι πίνακες μεταβολής, είναι απαραίτητο να ταξινομούνται με όσο το δυνατό μικρότερο σφάλμα.
2.1. Βασικό διάγραμμα ροής
Τα κύρια βήματα (Διάγραμμα 1) που χρησιμοποιούνται για τη παρακολούθηση των αλλαγών καλύψεων γης είναι δύο. Αρχικό βήμα είναι η ταξινόμηση των καλύψεων γης από τουλάχιστον δύο διαφορετικές περιόδους. Το δεύτερο βήμα είναι η ανίχνευση αλλαγών με τη χρήση πινάκων μεταβολών που οδηγούν στη δημιουργία θεματικών χαρτών αλλαγών καλύψεων γης. Με τη βοήθεια των πινάκων μεταβολών, υπάρχει δυνατότητα ανίχνευσης σφαλμάτων ταξινόμησης. Με τον εντοπισμό των σφαλμάτων, μπορεί να διορθωθεί το πρώτο βήμα μέσα από μια κυκλική διαδικασία. Ένας άλλος τρόπος ανίχνευσης και διόρθωσης των σφαλμάτων ταξινόμησης, είναι η έρευνα πεδίου. Η έρευνα πεδίου δε πραγματοποιήθηκε στη συγκεκριμένη εργασία.
Σφάλματα ταξινόμησης μπορεί να είναι τα ακόλουθα:
Έλλειψη πληροφορίας, που είναι τα μη ταξινομημένα χωρικά στοιχεία (π.χ. μια κλάση Unclassified).
Χωρικά στοιχεία που στην ανίχνευση μεταβολής το τελικό τους αποτέλεσμα δεν είναι πραγματικό (π.χ. εικονοστοιχεία που αναφέρουν πως η τάξη ενός δομημένου περιβάλλοντος γίνεται τάξη δάσους μέσα σε μια πενταετία).
Διάγραμμα 1: Διάγραμμα ροής παρακολούθησης αλλαγών καλύψεων γης (land cover change monitoring).
2.2. Λογικά διαγράμματα ροής του εργαλείου
Για την ανίχνευση αλλαγής χρησιμοποιήθηκε το Knowledge Engineer program του Erdas Imagine. Το λογισμικό αυτό, παρέχει τη δυνατότητα μιας λογικής διαδρομής των δεδομένων της πολυφασματικής ταξινομημένης εικόνας.
Ειδικότερα, ένα τέτοιο λογισμικό, αποτελεί μια ιεραρχία κανόνων και περιγράφει τους όρους κάτω από τους οποίους ένα σύνολο πληροφοριών περνά στο επίπεδο ενημερωτικού υλικού. Επιπλέον, παρέχει την δυνατότητα σύνθεσης και ανάλυσης χωρικών και μη δεδομένων με χρήση εξειδικευμένων στοιχείων (αλγορίθμων) αποφεύγοντας την ανάγκη χρήσης εξειδικευμένου προγραμματισμού. Ο χρήστης του προγράμματος παράλληλα με το προσδιορισμό των μεταβλητών, κανόνων δημιουργεί ένα δενδρόγραμμα λήψης αποφάσεων. Τα βασικά στοιχεία που αποτελείται το πρόγραμμα είναι οι υποθέσεις, οι κανόνες και οι συνθήκες (Διάγραμμα 2).
Οι υποθέσεις αποτελούν το επιθυμητό αποτέλεσμα. Οι συνθήκες είναι όλες οι δηλώσεις μεταβλητών οι οποίες οδηγούν στο επιθυμιτό αποτέλεσμα. Οι κανόνες είναι ουσιαστικά ο έλεγχος της ισχύος των συνθηκών.
Διάγραμμα 2: Στοιχεία του Knowledge Engineer program.
Με τον κατάλληλο συνδυασμό υποθέσεων, κανόνων και συνθηκών μπορούν να σχεδιασθούν σύνθετα λογικά διαγράμματα χωρικής ανάλυσης. Παρακάτω (Διάγραμμα 3), φαίνονται οι υποθέσεις, οι κανόνες και οι συνθήκες που πρέπει να χρησιμοποιηθούν ώστε να πραγματοποιηθεί ανίχνευση αλλαγής του δομημένου περιβάλλοντος της περιοχής μελέτης, συγκεκριμένα στη ζώνη Α (Natura = 1).
Διάγραμμα 3: Παράδειγμα ανίχνευσης αλλαγής με το Knowledge Engineer program.
Το Knowledge Engineer, παρέχει μια υπηρεσία λογικής βάσης δεδομένων. Όλες οι υποθέσεις, οι κανόνες και οι μεταβλητές, όταν δηλωθούν από το χρήστη εμφανίζονται σε μια επιφάνια εργασίας. Οι διάφορες σχέσεις μεταβλητών, συνθηκών , τιμών και κανόνων, είναι δυνατό να δηλώνονται και να αλλάζουν ευέλικτα. Τα μοντέλα που δημιουργούνται είναι εύχρηστα, αυτό οφείλεται στο ότι ο χρήστης σχεδιάζει τους αλγόριθμους χωρίς να είναι χρειάζεται να γράψει κώδικα προγραμματισμού.
2.3. Διόρθωση θεματικών χαρτών
Οι χάρτες ταξινόμησης των χρήσεων και καλύψεων γης αποτελούν θεματικούς χάρτες μιας ευρύτερης κατηγορίας οι οποίοι δημιουργούνται από τη κατάτμηση γεωγραφικών δεδομένων σε πολύγωνα και ανάθεση σε πολύγωνο μιας κατηγοριοποίησης με βάση ένα σύστημα ταξινόμησης (Μηλιαρέσης 2003).
Για να υπάρξει ακρίβεια στη ταξινόμηση των ταξινομημένων εικόνων, χρησιμοποιείται κάποιος χάρτης αναφοράς και οι αποκλίσεις από αυτόν το χάρτη χαρακτηρίζονται ως σφάλματα. Εντούτοις, είναι αρκετά δύσκολο να βρεθούν τέτοιοι χάρτες. Επιπλέον, για να απαντηθούν ερωτήματα που αφορούν αλλαγές χρήσεων γης, είναι απαραίτητο να
2.3.1. Συμπλήρωση της έλλειψης πληροφορίας
Στους θεματικούς χάρτες δημιουργήθηκε μια κλάση η οποία εμπεριέχει τα εικονοστοιχεία της ελλιπής πληροφορίας. Στη συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία, αναλύθηκε η κλάση των ελλιπών πληροφοριών του έτους 2003. Συγκεκριμένα, δημιουργήθηκε ένας αλγόριθμος με τον οποίο επιλέγεται το ποσό της κλάσης του Unclassified της χρονιάς του 2003 και διερευνείται η κάλυψη γης που υπήρχε στα συγκεκριμένα εικονοστοιχεία τις χρονιές 2001 και 2002.
Ο λόγος που εξετάζεται η ανίχνευση αλλαγής των μη ταξινομημένων στοιχείων του 2003 τις δύο προηγούμενες χρονιές, είναι γιατί και οι τρις εικόνες έχουν διαδοχική χρονική απόκλιση (2001-2002-2003). Παρακάτω (Πίνακας 3), φαίνεται ο πίνακας μεταβολών για τις χρονιές 2002-2003 και σημειώνεται η στήλη των ελλιπών πληροφοριών του 2003.
Πίνακας 3: Παράδειγμα πίνακα μεταβολής της Ζώνης Α για τα έτη 2002-2003.
Στο πίνακα, αναδεικνύεται πως το σύνολο της κλάσης της ελλιπής πληροφορίας του 2003 είναι 22.717 pixels. Ένα κομμάτι του αλγορίθμου της εξέτασης για την ανίχνευση αλλαγής αυτών των pixels τις προηγούμενες χρονιές είναι παρακάτω (Διάγραμμα 4).
Διάγραμμα 4: Δείγμα αλγορίθμου εστίασης ελλιπών δεδομένων της χρονιάς 2003.
Με αυτό τον αλγόριθμο ανιχνεύεται η αλλαγή στα έτη 2001-2002 εστιάζοντας όμως στη κλάση των ελλιπών δεδομένων της χρονιάς του 2003. Στην επόμενη εικόνα (Εικόνα 1), φαίνεται ο αλγόριθμος έτσι όπως σχεδιάστηκε στο πρόγραμμα. Στα δεξιά της εικόνας, φαίνεται ο συνολικός σχεδιασμένος αλγόριθμος (πάνω), οι πίνακα υποθέσεων, κανόνων και μεταβλητών (κάτω). Στα αριστερά της εικόνας, φαίνεται μέρος των αλγορίθμων που σχεδιάστηκαν. Το πρόγραμμα προσφέρει τη δυνατότητα σχεδίασης των αλγορίθμων, αυτό αποδεικνύεται όχι μόνο από τις διάφορες γραμμές ένωσης αλλά και με τα διαφορετικά χρώματα που ορίζουν τις υποθέσεις (πράσινο), τους κανόνες (κίτρινο) και τις μεταβλητές (γαλάζιο). Ο τρόπος σχεδίασης των αλγορίθμων, περιγράφεται αναλυτικότερα στο παράρτημα ΙΙ.
Εικόνα 2: Λογισμικό ανίχνευσης σφαλμάτων: συμπλήρωση της έλλειψης πληροφορίας.
2.3.2. Σφάλμα ταξινόμησης
Τα σφάλματα ταξινόμησης, αναλύθηκαν μέσο της μεθόδου ανίχνευσης αλλαγής. Το σφάλμα που αναλύθηκε, είναι, η κλάση του δομημένου περιβάλλοντος τη χρονιά του 1987. Πιο συγκεκριμένα, συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν όλα τα εικονοστοιχεία του δομημένου περιβάλλοντος της χρονιάς 1987, σε έναν αλγόριθμο, έτσι ώστε να εξεταστεί ποια από αυτά τα εικονοστοιχεία παρέμειναν δομημένο περιβάλλον τις χρονιές 2001, 2002 και 2003. Παρακάτω, φαίνεται ο πίνακας μεταβολών (Πίνακας 4) για τις χρονιές 1987- 2001 και σημειώνεται η ανίχνευση αλλαγής του έτους 1987.
Πίνακας 4: Παράδειγμα πίνακα μεταβολών δομημένου περιβάλλοντος (Ζώνη Α) για 1987-2006.
Παρακάτω, απεικονίζονται διάφορα κομμάτια από τον αλγόριθμο που σχεδιάστηκε για την ανίχνευση των σφαλμάτων ταξινόμησης της χρονιάς του 1987 (Διαγράμματα 5,6 και 7).
Διάγραμμα 5: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου εντοπισμού σφαλμάτων ταξινόμησης. Η υπόθεση της σταθερότητας του δομημένου περιβάλλοντος.
Διάγραμμα 6: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου εντοπισμού σφαλμάτων ταξινόμησης. Η υπόθεση της αλλαγής του δομημένου περιβάλλοντος.
Διάγραμμα 7: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου εντοπισμού σφαλμάτων ταξινόμησης. Η υπόθεση των ελλιπή δεδομένων.
2.4. Ανίχνευση αλλαγών με πίνακες μεταβολής
Για τις ανάγκες της ανάλυσης ανίχνευσης αλλαγής, σχεδιάστηκε ένας αλγόριθμος ο οποίος χρησιμοποιείται για τη συμπλήρωση των πινάκων μεταβολής. Ένα παράδειγμα από τον συγκεκριμένο αλγόριθμο παρουσιάζεται παρακάτω (Διάγραμμα 8).
Διάγραμμα 8: Παράδειγμα αποσπάσματος αλγορίθμου ανίχνευσης αλλαγής από κλάση ημιφυσικών οικοσυστημάτων σε κλάση δομημένου περιβάλλοντος στις περιοχές Α, Β και Γ.
Το κελί του πίνακα μεταβολών τις χρονιές 1987-2006 σε όλη τη προστατευτέα περιοχή που δίνεται τελικά η πληροφορία του παραπάνω αλγορίθμου, φαίνεται στον επόμενο πίνακα (Πίνακας 5), στον οποίο σημαδεύεται και η ανίχνευση αλλαγής του διαγράμματος 16. Συγκεκριμένα, αναδεικνύεται η αλλαγή κάλυψης γης τις χρονιές 1985 με 2006 από ημιφυσικά οικοσυστήματα (Initial Year [1,5]) σε δομημένο περιβάλλον (Final Year = 10) ολόκληρης της προστατευτέας περιοχής (Natura ≠ 0).
Πίνακας 5: Παράδειγμα πίνακα μεταβολών της περιοχής μελέτης (Ζώνες Α-Β-Γ) για τα έτη 1987-2006.
Ένα κομμάτι από το λογισμικό της ανίχνευση αλλαγών ακολουθεί παρακάτω (Εικόνα 3).
Εικόνα 4: Λογισμικό ανίχνευσης αλλαγής.
3. Αποτελέσματα
3.1. Διόρθωση θεματικών χαρτών
Από πίνακα μεταβολών (Πίνακας 3) που αναδείχτηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, φάνηκε πως τη χρονιά του 2003 ο αριθμός των εικονοστοιχείων της κλάσης της έλλειψης πληροφορίας είναι 22.717 pixels. Επιπλέον, τη χρονιά 1987 ο αριθμός των εικονοστοιχείων της κλάσης του δομημένου περιβάλλοντος είναι 1.117 pixels.
Στις υποενότητες που ακολουθούν, γίνονται αναλύσεις που αφορούν τα δύο προηγούμενα ποσά των εικονοστοιχείων. Στη περίπτωση της κλάσης της έλλειψης πληροφορίας, εξετάζεται η θέση αυτών των εικονοστοιχείων στις προηγούμενες διαδοχικές χρονιές. Ενώ στη περίπτωση του δομημένου περιβάλλοντος, εξετάζεται η εξέλιξη των εικoνοστοιχείων τα έτη 2001, 2002 και 2003.
3.1.1. Συμπλήρωση της έλλειψης πληροφορίας: διόρθωση του 2003 για Ζώνη Α
Παρακάτω φαίνεται ο πίνακας καλύψεων γης (Πίνακας 6) της ζώνης Α τις χρονιές 2001, 2002 και 2003. Η έκταση της ζώνης Α είναι 127.555 pixels και τα μη ταξινομημένα εικονοστοιχεία της χρονιάς του 2003 είναι 22.717 pixels.
Πίνακας 6: Πίνακας καλύψεων γης της Ζώνης Α για τα έτη 2001, 2002 και 2003.
Από τον αλγόριθμο εντοπισμού σφαλμάτων του 2003, είναι δυνατή η δημιουργία ενός πίνακα μεταβολών (Πίνακας 7) για τις χρονιές 2001-2002, έχοντας ως συνολική έκταση εικονοστοιχείων για ανίχνευση αλλαγής τα 22.717 pixels της χρονιάς του 2003.
Πίνακας 7: Πίνακας μεταβολών της περιοχής με έλλειψη δεδομένων (2003: Ζώνη Α) για το 2001-2002.
Ο παραπάνω πίνακας, δείχνει πώς από τα 22.717 pixels της χρονιάς της κλάσης των ελλιπή δεδομένων τα 7.113 pixels ήταν τις χρονιές 2001 και 2002 ελλιπή δεδομένα. Τα υπόλοιπα εικονοστοιχεία της διαγωνίου (4.254 pixels) του πίνακα, έχουν τη δυνατότητα διόρθωσης. Τα εικονοστοιχεία που είναι έξω από τη διαγώνιο, εμφανίζονται κυρίως ως αγροτικά ή και ημιφυσικά οικοσυστήματα ανά περίπτωση.
Στην εικόνα που ακολουθεί (Εικόνα 3), φαίνεται ο χάρτης αλλαγής χρήσεων γης για τα έτη 2001 – 2002 της ζώνης Α των ελλιπών πληροφοριών της χρονιάς 2003. Με τη κόκκινη απόχρωση, φαίνονται τα εικονοστοιχεία που ενώ το 2003 άνηκαν σε κλάση ελλιπής πληροφορίας το 2001 ήταν δομημένο περιβάλλον και το 2002 άλλαξαν από δομημένο περιβάλλον σε αγροτικό περιβάλλον. Με τη μωβ απόχρωση, φαίνονται τα εικονοστοιχεία που το 2003 και το 2001 άνηκαν σε κλάση ελλιπής πληροφορίας και το 2002 άλλαξαν από ελλιπή πληροφορία σε αγροτικό περιβάλλον. Με την ανοιχτή απόχρωση του πράσινου φαίνονται τα εικονοστοιχεία που, ενώ, το 2001 και το 2002 ήταν αγροτικό περιβάλλον, το
Εικόνα 5 : Ανίχνευση αλλαγής κάλυψης (Ζώνη Α: 2001-02), από όλες τις κλάσεις του 2001, σε κλάσεις αγροτικού περιβάλλοντος του 2002. Η εστίαση έγινε σε περιοχές με ελλιπή πληροφορία του 2003 (22.717 pixels).
3.1.2. Σφάλματα ταξινόμησης: σφάλμα του 1987 (δομημένο περιβάλλον) για Ζώνη Α
Το σύνολο του δομημένου περιβάλλοντος της χρονιάς 1987 στη Ζώνη Α αντιστοιχεί σε 1.117 pixels. Μέσω του Knowledge Engineer είναι δυνατό να εξετασθεί η πορεία αυτών των pixels.
Για να βρεθεί λοιπόν η εξέλιξη των 1.117 pixels του δομημένου περιβάλλοντος, κατασκευαστικέ αλγόριθμος με τις υποθέσεις:
Από αυτά τα 1.117 pixels ποια είναι πάντα δομημένο περιβάλλον (Urban Environment) τις επόμενες χρονιές.
Από αυτά τα 1.117 pixels ποια δεν είναι δομημένο περιβάλλον (No Urban Environment) τις επόμενες χρονιές.
Από αυτά τα 1.117 pixels ποια αντιστοιχούν πάντα σε κλάσεις ελλιπής πληροφορίας τις επόμενες χρονιές (Always Unclassified).
Από αυτά τα 1.117 pixels ποια αντιστοιχούν πάντα σε κλάσεις ελλιπής πληροφορίας ή σε κάποια άλλη κλάση (Unclassified or Other) στα επόμενα έτη.
Με αυτό τον τρόπο, είναι δυνατό να εντοπισθεί ο αριθμός σφάλματος του αστικού περιβάλλοντος της εικόνας του 1987 (Πίνακας 8).
Πίνακας 8: Πίνακας εντοπισμού σφάλματος της χρονιάς 1987 στη Ζώνη Α.
Year Urban '87: 1.117 pixels 1987
Urban Environment 215
ΖΩΝΗΑ
Από το προηγούμενο πίνακα, είναι φανερό πως:
Από τα 1.117 pixels δομημένου περιβάλλοντος του 1987, τα 215 παρέμειναν δομημένο περιβάλλον.
Από τα 1.117 pixels δομημένου περιβάλλοντος του 1987, τα 514 δεν ήταν ποτέ δομημένο περιβάλλον.
Από τα 1.117 pixels δομημένου περιβάλλοντος του 1987, τα 44 ήταν πάντα ελλιπής πληροφορία.
Από τα 1.117 pixels δομημένου περιβάλλοντος του 1987, τα 344 εξελίχτηκαν σε άλλες τάξεις.
Με αυτό τον τρόπο μπορούν να γίνουν σενάρια που να αφορούν το αστικό περιβάλλον.
Για παράδειγμα, μπορεί να υπάρξει ο ισχυρισμός πως τα 44 pixels της κλάσης ΄΄Always Unclassified΄΄, ήταν στοιχεία του δομημένου περιβάλλοντος και δεν υπήρξε καμιά αλλαγή χρήσης γης από τη χρονιά του 1987 ή αυτά τα 44 pixels δεν ήταν ποτέ δομημένο περιβάλλον. Το μόνο σίγουρο είναι ότι τα 215 pixels της κλάσης του ΄΄Urban Environment΄΄, ήταν πάντα εικονοστοιχεία που άνηκαν στο δομημένο περιβάλλον της ζώνης Α.
Παρακάτω (Πίνακας 9), αναδεικνύεται ένας πίνακας με κάλυψη γης του δομημένου περιβάλλοντος του 1987 και η αντιστοιχία των συγκεκριμένων εικονοστιχείων στις υπόλοιπες κλάσεις, τις επόμενες χρονιές (2001, 2002, 2003 και 2006).
Πίνακας 9: Κάλυψη γης του δομημένου περιβάλλοντος του 1987 κλάσεων ανά χρονιά.
Urban '87: 1.117 pixels 1987 2001 2002 2003 2006
Urban Environment 1.117 174 53 102 103
Agricultural Fields 0 311 354 440 98
Semi-natural ecosystems 0 431 373 415 488
Wetlans 0 0 1 0 0
Sea 0 0 0 0 0
Unclassified 0 201 336 160 428
1.117 1.117 1.117 1.117 1.117
Sum of Year
Year
ΖΩΝΗΑ
