90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003       ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΕΘΟ∆ΩΝ ΤΗΛΕΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΣΤΗΝ    Π...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20031. ΕΙΣΑΓΩΓΗ     Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20032.2 ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ    Το Μυγδονιακό τεκτονικό βύθ...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20032002). Οι αποκαλυφθείσες εκτάσεις χαρακτηρίζοντα...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003     Σαράντα σηµεία επίγειου ελέγχου ευδιάκριτα ...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20033.1.2.ΑΝΑΚΤΗΣΗ – ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΕΙΚΟΝΩΝ      Στη συνέχ...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003υγροτοπικού συστήµατος της Κορώνειας ή οποία έδε...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003η Spline δεικνύεται σαν τους καλύτερους εκτιµητέ...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003γραµµών του πίνακα, nii τα στοιχεία της κύριας δ...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑAdam, R. N. and Gangopadhyay, A. 199...
90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003Piwowar, J. M. et al. 1990. Integration os Spati...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Εφαρμογή Μεθόδων Τηλεανίχνευσης στην Παρακολούθηση της Χωροχρονικής Εξέλιξης του Ταμιευτήρα της Λίμνης Κορώνειας.

447

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
447
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
4
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Εφαρμογή Μεθόδων Τηλεανίχνευσης στην Παρακολούθηση της Χωροχρονικής Εξέλιξης του Ταμιευτήρα της Λίμνης Κορώνειας.

  1. 1. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΕΘΟ∆ΩΝ ΤΗΛΕΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΧΩΡΟΧΡΟΝΙΚΗΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΤΗΣ ΛΙΜΝΗΣ ΚΟΡΩΝΕΙΑΣ Πήττας Ανδρέας Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης – Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Τοµέας Υδραυλικής & Τεχνικής Περιβάλλοντος 54006, ΘεσσαλονίκηΠΕΡΙΛΗΨΗ Η λίµνη Κορώνεια στην κεντρική Μακεδονία αποτελεί έναν από τουςσηµαντικότερους υγρότοπους της χώρας µας. Η περιοχή τουοικοσυστήµατος της λίµνης προστατεύεται από την συνθήκη Ramsar,Natura 2000 καθώς και µε την κοινοτική οδηγία (E.O.K 79/409). Ωστόσοη λίµνη Κορώνεια τα τελευταία χρόνια και συγκεκριµένα από το 1990βρίσκεται σε ένα εντατικό καθεστώς «πίεσης», µε άµεσο αποτέλεσµα µίασυνεχή πτωτική πορεία αναφορικά µε τα ποιοτικά και τα ποσοτικά τηςχαρακτηριστικά. Επιχειρήθηκε η τηλεανίχνευση του δυναµικάεξελισσόµενου αυτού οικοσυστήµατος µε κάλυψη από 4 ορθοεικόνεςLandsat και µε τη χρήση Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών.Χρησιµοποιώντας κατάλληλες τεχνικές, και θεωρώντας ως αναφορά τηνκατάσταση της λίµνης το 1970, είµαστε σε θέση να χαρτογραφήσουµεχωροχρονικά την εξέλιξη του υγροτοπικού αυτού συστήµατος τηντελευταία δεκαετία. APPLICATION OF SATELLITE IMAGERY IN MONITORING THE LAKE KORONIA SHORELINE CHANGE (NORTH GREECE) Pittas AndreasAristotle University of Thessaloniki – Department of Civil Engineering Division of Hydraulics & Environmental Engineering 54006, ThessalonikiABSTRACT The lake Koronia, located in central Macedonia, is one of the mostimportant biotope of our country. The ecosystem of the lake is aprotected area based on the Ramsar, Natura 2000 and the 79/409European directive. Nevertheless, the Koronia Lake, during the last yearsand more specifically after 1990, is experiencing strong pressures fromirrigation and industrial activity, resulting in a continuous fall regardingits quantitative and qualitative characteristics. The current work focuseson the study of the environment of the lake based on satellite data of 4Landsat images and the use of Geographical Information Systems. Morespecifically, the time and space evolution of the lake system during thelast decade was maped, using the most appropriate techniques andhaving as a starting point the situation of the lake in 1970.Π.Α -1-
  2. 2. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20031. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, η ανθρωπογενήςεπίδραση στο περιβάλλον ακολουθεί µία ραγδαία και ανεξέλεκτη τάση.Αναµφισβήτη διαπίστωση αποτελεί η σταδιακή ερηµοποίησησυγκεκριµένων περιοχών, η ταχύτατη εξαφάνιση οικοσυστηµάτων, ηολοκληρωτική εγκατάλειψη αγροτικών εκτάσεων, η σταδιακήαποξήρανση υγροτόπων και η συνεχής πολεοδοµική δόµηση κατά µήκοςακτών (Cracknel, 1999; Doerffer et al, 1999). Οι ανωτέρω, επί τωπλείστον αρνητικές επιδράσεις, έχουν καταδείξει σε σηµαντικό βαθµό τονουσιώδη ρόλο που δύναται να διαδραµατίσει η συνεχής παρακολούθησητης µεταβολής της οικολογικής κατάστασης των οικοσυστηµάτων. Μίααπάντηση στον ανωτέρω προβληµατισµό έρχεται να δώσει η εφαρµογή«περισσότερης και καλύτερης ποιότητας τεχνολογίας». Τα τελευταία χρόνια η αναβάθµιση των δορυφορικών λήψεων τόσοσε επίπεδο συστηµάτων καταγραφής όσο και σε επίπεδο επεξεργασίαςτων απεικονίσεων, σε συνδυασµό µε την εξέλιξη των ΓεωγραφικώνΣυστηµάτων Πληροφοριών (G.I.S) ανέδειξαν µία σειρά από µεθοδολογίεςσε εργαλεία λήψης απόφασης νοµικής, διοικητικής και οικονοµικής υφής(Burrough & McDonnell, 1999; Mather, 1999). Εφαρµογή των ανωτέρωτεχνικών λαµβάνει χώρα διεξοδικά στην παρούσα εισήγηση µε σκοπό τηνπαρακολούθηση της χωροχρονικής εξέλιξης της λίµνης Κορώνειας από το1990 ως σήµερα. Με ευρεία χρήση Γεωγραφικών ΣυστηµάτωνΠληροφοριών και επεξεργασίας ∆ορυφορικών εικόνων είµαστε σε θέση:(1) να εξακριβώσουµε την κατάσταση στο χώρο του λιµναίου ταµιευτήρακατά την τρέχουσα περίοδο, (2) να διερευνήσουµε τη χωροχρονικήεξέλιξή του την τελευταία δεκαετία και (3) να απεικονίσουµεχαρτογραφικά τη µεταβολή στο οικοσύστηµα. Μία τέτοια διερεύνησηαναδεικνύει την υπεροχή των ανωτέρω µεθοδολογιών για τηνπεριβαλλοντική παρακολούθηση και έρευνα παράκτιων, δελταϊκών καιλιµναίων οικοσυστηµάτων (Yang et al, 1999). Η παρούσα εργασίααποτελεί τµήµα µελέτης που εκπονήθηκε για την ΝοµαρχιακήΑυτοδιοίκηση Θεσσαλονίκης σε συνεργασία µε την αναπτυξιακή εταιρείαΑΝΑΤΟΛΙΚΗ Α.Ε.2. ΦΥΣΙΟΓΡΑΦΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ2.1 ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ Η λίµνη Κορώνεια εντάσσεται γεωµορφολογικά στο εκτεταµένοτεκτονικό βύθισµα της Μυγδονίας λεκάνης (Ψιλοβίκος, 1977) στον χώροτης κεντρικής Μακεδονίας (Σχ.1). Απέχει 15 Km περίπου από τοπολεοδοµικό συγκρότηµα της Θεσσαλονίκης. Μαζί µε την Βόλβη και ταστενά της Ρεντίνας συνιστούν έναν από τους σηµαντικότερουςυγρότοπους της χώρας. Η περιοχή χαρακτηρίζεται επί το πλείστον ωςαγροτική µε αρκετές βιοτεχνικές και βιοµηχανικές µονάδες. Εξαιτίας τηςευρύτητας του υδροβιότοπου η περιοχή αποτελεί ένα σηµαντικό πέρασµαπολλών αποδηµητικών πτηνών (Υ.ΠΕ.ΧΩ.∆.Ε, 1996). Επιπλέον τουγροτοπικό σύστηµα των δύο λιµνών προστατεύεται από τη συνθήκηRamsar, Natura 2000 καθώς και µε την κοινοτική οδηγία E.O.K 79/409.Π.Α -2-
  3. 3. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20032.2 ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ Το Μυγδονιακό τεκτονικό βύθισµα (Ψιλοβίκος, 1977) διαχωρίζειγεωµορφολογικά και γεωγραφικά τη χερσόνησο της Χαλκιδικής από τονορεογραφικό άξονα της κεντρικής Μακεδονίας (Σχ.1). Στην ζώνη τουεκτεταµένου, Α-∆ διεύθυνσης, επίµηκους τεκτονικού βυθίσµατος τηςΜυγδονίας και κατέχοντας τις δυτικές παρειές αυτού, εντάσσεται ηυπολεκάνη Λαγκαδά. Η υπολεκάνη Λαγκαδά οριοθετείται ανατολικά απότα υψώµατα Στίβου-Σχολαρίου, ενώ προς τα δυτικά καλύπτει την περιοχήΣχήµα 1: Ευρύτερη περιοχή του υγροτοπικού συστήµατος των λιµνώνΚορώνειας-Βόλβης και των ζωνών προστασίας Α,Β Ramsar.µέχρι τον ορεινό όγκο της Καµήλας. Τα κατάντη γεωµορφολογικάτµήµατα αυτής καλύπτονται από τον ταµιευτήρα της λίµνης Κορώνειας. Ηλίµνη Κορώνεια καταλαµβάνει το δυτικό τµήµα της υπολεκάνης µε µέσουψόµετρο του ταµιευτήρα +75µ. και συνολική έκταση 46,9Km2 περίπου(κατάσταση λιµναίου ταµιευτήρα τη χρονική 1970-1975).2.3 ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΛΟΓΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Η λίµνη Κορώνεια τα τελευταία χρόνια και συγκεκριµένα από το1990 βρίσκεται σε ένα εντατικό καθεστώς «πίεσης» µε άµεσο αποτέλεσµαµία συνεχώς πτωτική εξέλιξη αναφορικά µε τα ποιοτικά και τα ποσοτικάτης χαρακτηριστικά. Η πτώση της λιµναίας στάθµης, η µείωση του όγκουτων υδαταποθεµάτων σε συνδυασµό µε τις εντατικές αντλήσεις τωνυπόγειων υδροφόρων, οδήγησε µονοσήµαντα στην διατάραξη τουυγροτοπικού συστήµατος. Ταυτόχρονα η ποιοτική υποβάθµιση τωνεπιφανειακών υδάτων από τις ανθρώπινες δραστηριότητες οδήγησε τοκαλοκαίρι του 1995 σε οµαδικό θάνατο τα εναποµείναντα είδη ψαριώντης λίµνης (Υ.ΠΕ.ΧΩ.∆.Ε, 1996). Εφεξής η λίµνη καθίσταται υπερτροφικήµε επακόλουθη σταδιακή συνεχή πτώση στάθµης του λιµναίουταµιευτήρα και επακόλουθη αύξηση των αποκαλυφθεισών εκτάσεων µετη µορφή «περιµετρικών δακτυλιδιών». Η σηµερινή κατάσταση τηςλίµνης δεικνύει ένα βάθος περίπου 50cm στο ανατολικό τµήµα της (ΜαϊοςΠ.Α -3-
  4. 4. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20032002). Οι αποκαλυφθείσες εκτάσεις χαρακτηρίζονται από την παρουσίαλάσπης, αυξηµένου ρυπαντικού και οργανικού φόρτου κάτω από ένακαθεστώς που εµφανίζεται πλέον ως µη αντιστρεπτό.3. ΠΡΩΤΟΓΕΝΗ ∆Ε∆ΟΜΕΝΑ Για την αξιολόγηση της χωροχρονικής εξέλιξης του λιµναίουταµιευτήρα της Κορώνειας χρησιµοποιήθηκαν τέσσερις δορυφορικέςεικόνες (2 LANDSAT-5 MSS) και (2 LANDSAT-7 ΕΤΜ) µε ηµεροµηνίεςαντίστοιχα 5/7/1995, 19/7/1999, 7/2/2001, 10/2/2002. Οι εικόνεςσυγκροτούνται από έξι κανάλια ορατού φάσµατος χωρικής ανάλυσης30x30µ ανά εικονοστοιχείο και ένα κανάλι θερµικής ακτινοβολίας,ανάλυσης 60x60µ. για τη σειρά LANDSAT-7 ΕΤΜ. Οι τιµές ανάκλασης τηςακτινοβολίας καταγράφονται µε µορφή εικονοστοιχείων, αντιστοιχίζονταιδε µε ψηφιακούς αριθµούς θεωρώντας κβάντιση της ανάκλασης τηςακτινοβολίας σε 256 επίπεδα του γκρίζου [8-bit]. Η ανάλυση τωνδορυφορικών εικόνων έλαβε χώρα µε τη βοήθεια του λογισµικούψηφιακής επεξεργασίας τηλεπισκοπικών απεικονίσεων ERDAS Imagine8.5 καθώς και του λογισµικού ArcGIS 8.2.3.1 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ Η ανάλυση των δορυφορικών εικόνων στηρίχθηκε στο γεγονός ότι οιτιµές της έντασης της ανακλώµενης ακτινοβολίας, πάνω από µία υδάτινηµάζα εξαρτώνται από το βάθος του νερού, την περιεκτικότητα του σεαιωρούντα συστατικά, σωµατίδια φυτοπλαγκτού καθώς και διαφόρωνρυπαντικών ουσιών (Gordon et al, 1975). Η επεξεργασία τωνδορυφορικών εικόνων καθοδηγείται από τρία βασικά στάδια (Συλλαίος,2000). Το πρώτο, γνωστό και ως «Προεπεξεργασία εικόνας»βελτιστοποιεί ποιοτικά την εικόνα, µε µία σειρά από διορθώσεις(Γεωµετρικές, Ραδιοµετρικές, Καταγραφής). Το δεύτερο στάδιο καλύπτειτις διεργασίες που περιλαµβάνουν την «Ανάκτηση και Βελτίωση» τηςεικόνας, τον µετασχηµατισµό του οπτικού τρόπου παρουσίασης της, µεστόχο την πληρέστερη µετέπειτα ερµηνεία της. Το τρίτο στάδιοπεριλαµβάνει τις τεχνικές ταξινόµησεις της δορυφορικής εικόνας.3.1.1. ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΩΝΑρχικά µε τη χρήση ειδικού αλγόριθµου (destriping) εξαλείφθηκε οπεριοδικός θόρυβος µε τη µορφή ζώνωσης που παρατηρήθηκε επιλεκτικάστα φασµατικά κανάλια 2 και 3. Για την αντιµετώπιση του περιοδικούθορύβου µε τη µορφή ζώνωσης εφαρµόστηκαν δυό αντιπροσωπευτικάφίλτρα Fourier, το φίλτρο Butterworth και το φίλτρο Hanning (Gonzales& Wintz, 1987). Μετέπειτα ακολούθησε γεωµετρική διόρθωση τωνδορυφορικών εικόνων στο σύστηµα συντεταγµένων Ε.Γ.Σ.Α’87. Κατά τηδιόρθωση (ορθοαναγωγή) των εικόνων περιορίστηκε το αρχικό µέγεθόςτους, ώστε να καλύπτουν αποκλειστικά και µόνον την άµεση περιοχή τουλιµναίου ταµιευτήρα της Κορώνειας (Σχ.2).Π.Α -4-
  5. 5. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003 Σαράντα σηµεία επίγειου ελέγχου ευδιάκριτα στις ψηφιακέςπολυφασµατικές απεικονίσεις, επιλέχθησαν από θεµατικούςΟρθοφωτοχάρτες του ΥπουργείουΓεωργίας (1995) και αποτέλεσαν τηβάση για την γεωµετρική διόρθωση τωνδορυφορικών εικόνων. Με τη χρήσηκατάλληλου πολυωνυµικούµετασχηµατισµού δευτέρου βαθµού(Toutin, 1995; Jensen, 1986), έλαβεχώρα η ορθοαναγωγή των εικόνων. Ηµέθοδος αυτή λαµβάνει υπόψη της τηθέση και την κατανοµή των σηµείωνεπίγειου ελέγχου, εξασφαλίζοντας τηµεγαλύτερη και ακριβέστερη δυνατήπροσαρµογή αυτών µε τα εικονοστοιχείατης δορυφορικής εικόνας (Bernstein,1983). Σύµφωνα µε τους (Dai &Khorram, 1988) το µέσο τετραγωνικόσφάλµα (RMS) για πολυφασµατικάδεδοµένα τύπου LANDSAT µε διακριτικήικανότητα 30m., γίνεται αποδεκτό ότανέχει τιµή µικρότερη από το ½ τηςδιακριτικής ικανότητας της δορυφορικήςεικόνας (σε µέγεθος εικονοστοιχείου).Στην προκειµένη περίπτωση το µέσοτετραγωνικό σφάλµα υπολογίστηκε σε(RMS=0.3 για τις ορθοανηγµένεςεικόνες αποτέλεσµα που δεικνύειακρίβεια διόρθωσης πλέον αποδεκτήτων 10m. Οι προκύπτουσες ορθοεικόνεςεξασφαλίζουν θεµατική, χωρική ακρίβειακαι παρόµοιες συντεταγµένες µε ταχαρτογραφικά υποβάθρα αναφοράς(ορθοφωτοχάρτες). Μετά την υλοποίησητου µετασχηµατισµού υλοποιήθηκεαναδόµηση (resampling) τωνραδιοµετρικών τιµών µε τη µέθοδο«εγγύτερου σηµείου» (nearestneighbor) σε µέγεθος εικονοστοιχείου30x30µ. (ERDAS, 1999). Μεθοδολογίαπου συνίσταται όταν έπεται διαδικασίαταξινόµησης της εικόνας, λόγω του ότι Σχήµα 2: RGB σύνθετα ΤΜ321διατηρεί τις αρχικές τιµές φωτεινότητας των διαδοχικών εικόνωντων εικονοστοιχείων (Lillesand et al LANDSAT.1994). Οι ραδιοµετρικές διορθώσεις της δορυφορικής εικόνας, είθισται ναλαµβάνουν χώρα τόσο πριν από τις τεχνικές ταξινόµησης, όσο και πριναπό την εφαρµογή γεωµετρικών διορθώσεων και διαδικασιώναναδόµησης της ψηφιακής εικόνας (Αργιαλάς, 2000).Π.Α -5-
  6. 6. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 20033.1.2.ΑΝΑΚΤΗΣΗ – ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΕΙΚΟΝΩΝ Στη συνέχεια τα πολυφασµατικά δεδοµένα βελτιστοποιούνται µεσκοπό την ενίσχυση (Pitas, 1993) του οπτικού τρόπου παρουσίας τους,µε την αύξηση της διακριτικής ικανότητας µικρών ραδιοµετρικώνδιαφορών των εικονοστοιχείων, οι οποίες δεν είναι άµεσα αναγνωρίσιµες.Η ψηφιακή ενίσχυση των πολυφασµατικών δεδοµένων, έλαβε χώραεπεκτείνοντας τη διαβάθµιση του τόνου µε την τεχνική τηςισοδυναµοποίησης του ιστογράµµατος (Pratt, 1978) (De-equalized). Ηανωτέρω επέµβαση συµβάλλει τα µέγιστα στη διεύρυνση της αντίθεσης(contrast-stretching) της εικόνας εισόδου και στην διευκόλυνση τηςφωτοερµηνείας των απεικονίσεων (Jensen, 1986).3.1.3 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ Η ταξινόµηση πολυφασµατικών δορυφορικών δεδοµένωνχρησιµοποιείται ευρέως και µε επιτυχία για την θεµατική χαρτογράφησηφυσιογραφικών και βιοφυσικών κλάσεων της γήινης επιφανείας (Mather,1999). Η ταξινόµηση των δορυφορικών εικόνων έχει δείξει µία ακρίβειαστην αξιολόγηση της τάξης του 80% (Duda & Hatt, 1973). Η ταξινόµησητου υγρού στοιχείου εµφανίζει αποτελέσµατα µε ακρίβεια της τάξης του90% (White et al, 1993). Ο αλγόριθµος ISODATA (Iterative SelfOrganized Data Analysis) (Ball & Hall 1967, Duda & Hart 1973, Bow1992) εφαρµόζεται µε µεγάλη επιτυχία σε πολυσύνθετα οικοσυστήµατακαθώς και σε εδάφη µε µεγάλες τιµές εδαφικής υγρασίας (Richards, 1993). Ο υπολογισµός της οµοιότητας µεταξύ των ραδιοµετρικών τιµών των θεµατικών κλάσεων, συνιστά δοµικό στοιχείο της ταξινόµησης. Επιπλέον βασική προϋπόθεση του ταξινοµητή ISODATA αποτελεί η a priori υπόθεση ότι οι ραδιοµετρικές τιµές µίας θεµατικής κλάσης τοποθετούνται σε εγγύτητα µε κάποιες άλλες όταν κάποιοςΣχήµα 3: Φασµατικό νέφος των 5 συντελεστής οµοιότητας έχειβιοφυσικών κλάσεων όπως διακρίνονται την µικρότερη δυνατή τιµήστο διάγραµµα των φασµατικών (Παπαµάρκος, 2000).καναλιών ΤΜ54. Ακολουθώντας τη συλλογιστικήαυτή, η µέτρηση της οµοιότητας δύναται να χρησιµοποιηθεί προκειµένουνα ταξινοµηθούν οι ραδιοµετρικές τιµές σε καθορισµένες βιοφυσικέςκλάσεις. Ο αλγόριθµος ISODATA, ξεκινά την διαδικασία ταξινόµησηςδεχόµενος σαν κριτήριο για την ένταξη ή µη των εικονοστοιχείων σεκάποια από τις βιοφυσικές κλάσεις, την Ευκλίδεια απόσταση κάθεεικονοστοιχείου από τα κέντρα των θεµατικών κλάσεων. Η επαναληπτικήδιαδικασία ολοκληρώνεται, όσο ο αλγόριθµος συγκλίνει προς ταπραγµατικά κέντρα των θεµατικών κλάσεων σε συνδυασµό µε ένακριτήριο ολοκλήρωσης (Fu, 1982). Η εφαρµογή του ταξινοµητήυλοποιήθηκε στα φασµατικά κανάλια ΤΜ345 των δορυφορικών εικόνων.Ο συνδυασµός αυτός δεικνύεται για την διάκριση ξηράς/νερού (Richards,1993). Επικουρικά έλαβε χώρα έρευνα πεδίου στην άµεση περιοχή τουΠ.Α -6-
  7. 7. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003υγροτοπικού συστήµατος της Κορώνειας ή οποία έδειξε πέντεδιαφορετικές βιοφυσικές κλάσεις αναφορικά µε τις χρήσεις γης: (1)Λιµναίος ταµιευτήρας (2) Παραλίµνια βλάστηση (καλαµιώνες) (3) ∆άσηαειφύλλων-πλατυφύλλων (4) Χορτολιβαδικές εκτάσεις (5) Αροτριαίεςεκτάσεις. Ο αλγόριθµος εφαρµόστηκε µε την εκ των προτέρων γνώσητων ανωτέρω 5 βιοφυσικών κλάσεων. Στο φασµατικό νέφος (Σχ.3)διακρίνεται η θεµατική κλάση 1 του Λιµναίου ταµιευτήρα σε σαφήδιάκριση µε τις λοιπές κλάσεις. 3.2 ΤΕΛΙΚΗ ∆ΙΑ∆ΙΚΑΣΙΑ ∆ΙΑΚΡΙΣΗΣ ΛΙΜΝΑΙΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ Μετά το στάδιο της ταξινόµησης των δορυφορικών εικόνων,διαπιστώθηκαν ολιγάριθµες χωρικές συγκεντρώσεις εικονοστοιχείωνεντός των τελικά αξιολογηθέντων θεµατικών κλάσεων. Πρόκειται γιαεικονοστοιχεία τα οποία πρεσβεύουν µικρές σε έκταση βιοφυσικές κλάσεις(συστάδες αειφύλλων–πλατυφύλλων εντός χορτολιβαδικών εκτάσεων) ήαρκετές φορές και σφάλµατα. Με απώτερο στόχο τη διάκριση τωνκυρίαρχων βιοφυσικών κλάσεων, οι «νησίδες» αυτές είθισται ναενσωµατώνονται σε κάποια κυρίαρχη (Burrough and McDonnell, 1999). Ηεφαρµογή ενός φίλτρου εξοµάλυνσης 3x3 είναι σε θέση να αποµονώσειτις υψίσυχνες λεπτοµέρειες της εικόνας (θόρυβο, µεµονωµέναΣχήµα 4: Σταδιακά αποκαλυφθείσες εκτάσεις λιµναίου ταµιευτήρα Κορώνειαςκατά τις περιόδους 1.) 1970 2.) 5/7/1995 3.) 29/7/1999 4.) 7/2/2001 5.)10/2/2002.εικονοστοιχεία) και να αποδώσει τα αναµενόµενα αποτελέσµατα (ERDAS,1999). Η ραδιοµετρικά-γεωµετρικά ενισχυµένη και ταξινοµηµένη εικόναµετατρέπεται από ψηφιδωτή µορφή (Raster) σε διανυσµατική (Vector) µεστόχο την ταύτιση των ψηφιδωτών θεµατικών τάξεων µε την θέση ενόςπολυγώνου στη διανυσµατική του αναπαράσταση (Κουτσόπουλος, 2002).Με τη χρήση ειδικού αλγόριθµου (raster to vector) οριοθετείται η ξηράαπό τον λιµναίο ταµιευτήρα. Συνήθως µία τέτοια τεχνική, οδηγεί σεδιανυσµατικά παράγωγα µε οδοντωτή τροχιά (zigzag - stair step effect).Εφαρµόζωντας µία συνάρτηση spline εξοµαλύνεται η προκύπτουσαακτογραµµή (Pavlidis, 1982; Burrough and McDonnell, 1999). ΜολονότιΠ.Α -7-
  8. 8. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003η Spline δεικνύεται σαν τους καλύτερους εκτιµητές διανυσµάτων πουπροκύπτουν από ψηφιδωτές εικόνες, ωστόσο µία εκπαίδευσηεξοµάλυνσης στο σύστηµα, για την εξακρίβωση της ικανοποιητικότερηςτιµής ανοχής κρίνεται απαραίτητη. (Piwowar et al, 1990). Η µεθοδολογίαπου εφαρµόστηκε για την παρακολούθηση της εξελικτικής χωροχρονικήςπορείας του λιµναίου ταµιευτήρα της Κορώνειας είχε σαν αποτέλεσµα: α)την παραγωγή χαρτογραφικών υποβάθρων και β) την στατιστικήαξιολόγηση της ταξινόµησής µας. Πρώτο µέληµα µετά την ταξινόµησητων εικόνων αποτέλεσε η κατασκευή «χωρικής µάσκας» η οποία καλύπτειτις επάλληλες στιγµιογραφήσεις των δορυφορικών εικόνων (Σχ.4). Τααποτελέσµατα αναφορικά µε την εξέλιξη της πτώσης στάθµηςδιακρίνονται στον πίνακα 1. Περιοχή αξιολόγησης Χρονολογία Πηγή ∆εδοµένων Έκταση Km2 Ταµιευτήρας 1970 Γ.Y.Σ - 1: 50000 46.9 Κορώνειας 5/7/1995 Landsat MSS 38,7 29/7/1999 Landsat MSS 37,2 7/2/2001 Landsat TM 11.15 10/2/2002 Landsat TM 4.81Πίνακας 1: Χωροχρονική εξέλιξη έκτασης λιµναίου ταµιευτήρα Κορώνειας4. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ Απαραίτητη διαδικασία µετά την ταξινόµηση των δορυφορικώνεικόνων σε κλάσεις εδαφικής κάλυψης, αποτελεί η εκτίµηση ακρίβειας τηςµεθόδου ταξινόµησης (accuracy assessment). Ένας παράγοντας πουοδηγεί στην ορθότερη εκτίµηση των αποτελεσµάτων αποτελεί η κατά τοδυνατόν χρονική σύµπτωση εργασιών πεδίου και λήψης τωνδορυφορικών εικόνων (Ρόκος, 1988). Στο στάδιο έρευνας πεδίουακολουθήθηκε ένα σχήµα δειγµατοληψίας µε τη βοήθεια G.P.S. Έλαβεχώρα δειγµατοληψία επίγειων σηµείων ελέγχου µε γνωστέςσυντεταγµένες τα οποία εντάχθηκαν στην κλάση εδαφικής κάλυψης πουανήκουν πραγµατικά. Συλλέχθησαν 250 σηµεία έρευνας πεδίου τα οποίαµε τη βοήθεια των αντιστοίχων σηµείων δειγµατοληψίας από τιςταξινοµηµένες εικόνες, συντέθηκε ο πίνακας σύγχυσης (Congalton, 1991)(confusion matrix). Ο πίνακας σύγχυσης αποτελεί µία περιγραφικήστατιστική προσέγγιση µε στόχο τη σύγκριση ανάµεσα στα αποτελέσµατατης ταξινόµησης και των δεδοµένων έρευνας πεδίου. Σύµφωνα µε τοσκεπτικό αυτό, η µέθοδος υποδηλώνει τη πιθανότητα ορθής ταξινόµησης ενός εικονοστοιχείου σε σχέση µε τις k k τιµές αναφοράς (δεδοµένα πεδίου). Για την ∑ ∑ n nii − (ni + * n+i ) αξιολόγηση του βαθµού κατά τον οποίοΚ = i=1 k i =1 λαµβάνει χώρα σύµπτωση τιµών σαν προϊόν 2 ∑ n − (ni + * n+i ) i =1 αληθούς και όχι τυχαίας συµφωνίας, ανάµεσα στην ταξινοµηµένη εικόνα και τα(4.1) δεδοµένα έρευνας πεδίου, o Cohen 1960 χρησιµοποιεί τον δείκτη Κ (Lo & Watson1998). Ο δείκτης Κ αντιπροσωπεύει µία διακριτή πολυµεταβλητή εξίσωσηµε διακύµανση τιµών στο διάστηµα [0,1]. Τιµές του δείκτη Κσυγκλίνουσες προς το 0 καθιστούν προϊόν τυχαίου γεγονότος τησυµφωνία τιµών. Ο µαθηµατική διατύπωση του δείκτη Κ βρίσκει έκφρασηµε τη εξίσωση (4.1) (Congalton & Green 1999). Όπου κ ο αριθµός τωνΠ.Α -8-
  9. 9. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003γραµµών του πίνακα, nii τα στοιχεία της κύριας διαγωνίου, ni+ και n+i ταµερικά αθροίσµατα κατά γραµµή και στήλη αντίστοιχα και n ο αριθµόςτων εικονοστοιχείων. Στην διαδικασία εκτίµησης του δείκτη Κ τα επίγειασηµεία ελέγχου τα οποία συλλέχθησαν στο στάδιο έρευνας πεδίου,χρησιµοποιήθηκαν σαν δεδοµένα αναφοράς προς σύγκριση µε τααποτελέσµατα της µη επιτρεπόµενης ταξινόµησης (αλγόριθµος -ISODATA). Η εκτίµηση του δείκτη Κ προσδιορίστηκε για την βιοφυσικήκλάση “Λιµναίος ταµιευτήρας» και έδειξε εκτίµηση ακρίβειας 97,18%(πίνακας 2) ποσοστό που καθιστά απολύτως ενδεδειγµένη τηνµεθοδολογία που ακολουθήθηκε για χαρτογράφηση και ενηµέρωσηχαρτογραφικών υποβάθρων σε κλίµακες ως 1:25000. Κλάση Εικονοστοιχεία ∆ειγµατοληψία Εικονοστοιχεία Εκτίµηση ∆είκτης Ταξινοµηθέντα Πεδίου Λίµνης ακριβείας Κ Ταµιευτήρας 71 69 50801 97.18% 1 ΚορώνειαςΠίνακας 2: Εκτίµηση του δείκτη Κ, για την Βιοφυσική κλάση «ΛιµναίοςΤαµιευτήρας».5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η πιλοτική εφαρµογή τεχνικών ∆ορυφορικής τηλεπισκόπησης καιΓεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών (G.I.S) στα πλαίσιαπεριβαλλοντολογικών ερευνών παρακολούθησης, αξιολόγησης καιαποκατάστασης οικοσυστηµάτων είναι σε θέση να αποφέρει σηµαντικάαποτελέσµατα και εµπειρία. Σε επίπεδο δράσης, επιβάλλεταιπροκεχωρηµένο Σύστηµα Περιβαλλοντολογικής Πληροφόρησης µεσυνδυασµένη χρήση ∆ορυφορικών δεδοµένων υψηλής ευκρίνειας,ψηφιακών µοντέλλων εδάφους, µετεωρολογικών συστηµάτωνπαρακολούθησης και δεδοµένων υπαίθριας παρατήρησης. Η δηµιουργίατράπεζας πληροφοριών µε συνέπεια και συνέχεια στη συστηµατικήσυλλογή δεδοµένων είναι σε θέση να οδηγήσει στη λήψη συνδυαστικώνδράσεων για τη διάσωση ευαίσθητων οικοσυστηµάτων, όπως αυτό τηςλίµνης Κορώνειας. Η «περισσότερη και καλύτερης ποιότητας τεχνολογία» τωνµεθοδολογιών τηλεανίχνευσης αναδεικνύεται σε πρωταγωνιστικόεργαλείο λήψης απόφασης.Π.Α -9-
  10. 10. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑAdam, R. N. and Gangopadhyay, A. 1997. Data base issues in Geographic Information Systems. Norwell Mass: Kluwer.Αργιαλάς, ∆. Π. 2000. Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση. Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης, Τµήµα Αγρονόµων Τοπογράφων. Εκδόσεις Ε.Μ.Π.Ball, G.H. & Hall, D.J. 1967. ISODATA: An iterative method of multivariate analysis and pattern classification. Proc. IEEE Int. Communications Conf., 1966.Burrough, P. and McDonnell, R. 1999. Principles of Geographic Information Systems. Oxford University Press, New York, 333 pp.Bernstein, R. 1983. Image Geometry and Rectification. Chapter 21, In the Manual of Remote Sensing, R. N. Colwell, ed. Bethesda, MD. American Society of Photogrammetry, 1:875-881.Bow, S.T. 1992. Pattern Recognition and Image Preprocessing. Marcel Dekker, N.Y, 1992.Congalton, R.G. 1991. A review of assessing the accuracy of classifications of remotely sensed data. Remote Sensing., 53(12): 1659-1663.Congalton, R.G. & Green, Κ. 1999. Assessing the accuracy of remotely sensed data Principles and practices. Lewis Publishers. Boca Raton, FL.Cracknell, A.P. 1999. Remote sensing techniques in estuaries and coastal zones – an update. Int. Journal Remote Sensing., Vol.20, No3: 485-496.Dai & Khorram, 1988. The effects of Image Mis-registration on Remotely sensed change detection. IEEE Trans. Geoscience & Remote Sensing. 36(5): 1566-1577.Doerffer, R., Sorensen, K., Aiken, J. 1999. MERIS potential for coastal zone applications. Int. Journal Remote Sensing, Vol. 20, No.9: 1809- 1818.Duda, R.O. and Hart, P.E., 1973. Pattern Classification and Scene Analysis, Wiley, N.Y, 345 pp.ERDAS, 1999. “Erdas Field Guide” Erdas Incorporated, Atlanta, Fourth ed. GA, 672 pp.Gordon H., Brown O., Jacobs M., 1975. Journal of Applied optics. 14: 417-427.Gonzales, R.C. and Wintz, P. 1987. Digital image Processing, 2nd ed.,Addison-Wesley.Fu, K.S., 1982. Introduction appeared in Applications of Pattern Recognition, edited by K.S. Fu, CRC Press, Boca Raton.Lillesand, Th.M. and Kiefer, R.W., 1994. Remote sensing and image interpretation. Wiley, N.Y, 750 pp.Lo, C.P. and L.J. Watson, 1998. The influence of geographic sampling methods on vegetation map accuracy evaluation in a swappy environment. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 63: 79-86.Mather, P. 1999. Computer Processing of Remotely-Sensed Images, An Introduction, 2nd ed. Wiley, New York , 350 pp.Παπαµάρκος, Ν., 2000. Ψηφιακή επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Εκδόσεις ∆ηµοκρίτειου Πανεπιστηµίου Ξάνθης.Π.Α -10-
  11. 11. 90 Πανελλήνιο Συνέδριο Υδροτεχνικής Ένωσης – Θεσσαλονίκη 2-5 Απριλίου 2003Piwowar, J. M. et al. 1990. Integration os Spatial Data in vector and raster formats in a G.I.S environment. International Journal of Geographical Information Systems, Vol.4, No4: 429-444.Pavlidis, T. 1982. Algorithms for graphics and image processing. Springer Verlag, Berlin.Pitas, I. 1993. Digital Image Processing Algorithms. Prentice Hall, 362pp.Pratt, K.W., 1978. Digital image processing, John Wiley & Sons, Inc,New York, 1978.Ρόκος, ∆., 1988. Ειδικά κεφάλαια Τηλεπισκόπησης, Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης Ε.Μ.Π.Toutin, Th., 1995. Multi-Source data fusion with an intergrated and unified geometric modeling. EARSel Journal-Advances in Remote Sensing, 4(2): 118-129.Jensen, J., 1986. Introductory digital image processing, Prentice-Hall.Κουτσόπουλος, Κ., 2002. Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών και Ανάλυση χώρου. Εκδόσεις Παπασωτηρίου, Αθήνα, 400 pp.Richards, J., 1993. Remote Sensing Digital Image Analysis. Springer,Berlin, 340 pp.Συλλαίος, Ν., 2000. Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση και στα Γεωγραφικά συστήµατα πληροφοριών. Εκδόσεις Γιαχούδη-Γιαπούλη, Θεσσαλονίκη.White, K., Clark, R., Pohl, A., and Van Genderen, J.L. An application of image classification and auto-vectorization in charting coastlines. Coastlines of the Gulf of Mexico, American Society of Civil Engineering, N.Y., 44-55 pp.Yang, X., Damen, M.C.J., Van Zuidam, R.A. 1999. Use of Thematic mapper imagery with a geographic information system for geomorphologic mapping in a large deltaic lowland environment. Int. Journal Remote Sensing, Vol. 20, No4: 659-681.Υ.ΠΕ.ΧΩ.∆Ε, 1996. Περιβαλλοντική έκθεση «Σχέδιο διάσωσης Λίµνης Κορώνειας». ∆ιεύθυνση Περιβάλλοντος και Χωροταξίας Κεντρικής Μακεδονίας. Τµήµα Περιβάλλοντος.Ψιλοβίκος, A., 1977. Παλαιογεωγραφική εξέλιξη της λεκάνης και της λίµνης της Μυγδονίας (Λαγκαδά-Βόλβης), ∆ιδακτορική ∆ιατριβή. Φ.Μ.Σ (Α.Π.Θ).Π.Α -11-

×