Χαρτογράφηση και μοντελοποίηση των καλύψεων γης στη νήσο Λέσβο με χρήση τηλεπισκόπησης και Σ.Γ.Π.

Abstract

Η παρούσα μελέτη επιχειρεί να εντοπίσει τις αλλαγές που έλαβαν χώρα στο μεσογειακό νησί της Λέσβου (Ελλάδα) μεταξύ 1995 και 2007 στο πλαίσιο των επτά βασικών τύπων καλύψεων γης του νησιού, δηλαδή τη Γυμνή γη , το Αστικό, τα Φρύγανα και μεσογειακή Μακία βλάστηση, τους Ελαιώνες, τις Καλλιέργειες, τα Δάση και τα Υδατικά συστήματα. Επίσης προσπαθούμε να προβλέψουμε τις αλλαγές που θα συμβούν μέχρι το έτος 2019. Τρεις εικόνες Landsat 5 TM καλοκαιρινής λήψης χρησιμοποιήθηκαν σε διάστημα 12 ετών. Οι εικόνες για πρώτη φορά ορθο-διορθώθηκαν σε ακρίβεια sub-pixel (συνολικά RMSEs <20μ), στη συνέχεια βαθμονομήθηκαν ώστε να παράγουν ραδιομετρικά ακριβείς εικόνες, καθώς επίσης διορθώθηκαν για την αφαίρεση των σκιών απο το τοπογραφικό ανάγλυφο οι οποίες παρουσιάζονται σε μεγάλες περιοχές των αρχικών δεδομένων. Ένας συνδυασμός Μέγιστης Πιθανοφάνειας (MΠ) Επιβλεπόμενης Ταξινόμησης με ειδικούς κανόνες εφαρμόστηκαν για την επίτευξη υψηλής συνολικής ακρίβειας ταξινόμησης (95%, 94% και 89%, αντίστοιχα). Το ταξινομημένα δεδομένα του 1995 και 2001 χρησιμοποιήθηκαν έπειτα για την εκπαίδευση του μοντέλου Πολυστρωματικών Νευρωνικών Δικτύων (ΠΣΝΔ) και για να προβλεφθεί η κάλυψης γης για το έτος 2007. Επτά πιθανές μεταβολές περιλήφθηκαν στο μοντέλο Πολυστρωματικών Νευρωνικών Δικτύων (ΠΣΝΔ), το οποίο εκπαιδεύτηκε επιτυχημένα με τα ταξινομημένα δεδομένα του 1995 και 2001: ποσοστό ακρίβειας 93% μετά από 5000 επαναλήψεις. Η ποσότητα των αλλαγών σε κάθε μεταβολή μοντελοποιήθηκε μέσω της Ανάλυσης Αλυσίδων Markov. Περιορισμοί περιλήφθηκαν, όπως οι προστατευόμενες περιοχές του δικτύου Natura 2000 και βάρη εκχωρήθηκαν σε κάθε μεταβλητή. Η επικύρωση της πρόβλεψης των Πολυστρωματικών Νευρωνικών Δικτύων (ΠΣΝΔ) συγκρίνοντας την με το χάρτη Μέγιστης Πιθανοφάνειας (ΜΠ) του 2007, παρήγαγε μια συνολικά σωστή απεικόνιση κατά 98,5%, ένα στατιστικό kappa με τιμή 0,98, μια συμφωνία στη θέση 0,65, μία διαφωνία ως προς την ποσότητα με τιμή 0.002 και μια διαφωνία στην τοποθεσία η οποία ανέρχεται σε 0,01. Τα αποτελέσματα της επικύρωσης αναφέρουν μια υψηλή συμφωνία όσον αφορά την ποσότητα των αλλαγών, αλλά σχετικά μικρή όσον αφορά την ποιοτική αλλαγή. Σε γενικές γραμμές, τόσο η υψηλή ποσοτική συμφωνία όσο και η χαμηλή ασυμφωνία στην ποιότητα της απεικόνισης και της θέσης μπορεί να αποδοθεί στο γεγονός ότι μοντελοποιήσαμε τις μεταβολές μόνο λόγω ανθρωπογενών αιτιών. Στο τελευταίο στάδιο της μελέτης, τα ταξινομημένα δεδομένα του 1995 και 2007 χρησιμοποιήθηκαν για την εκπαίδευση του μοντέλου ΠΣΝΔ και για να προβλεφθούν οι μελλοντικές καλύψεις γης του νησιού το 2019. Τα μακροπρόθεσμα αποτελέσματα της μοντελοποίησης για το 2019 παρέχουν μια αναμενόμενη πρόβλεψη για το τέλος της δεκαετίας: η οικονομική δραστηριότητα θα παραμείνει επικεντρωμένη στο γεωργικό τομέα καθώς θα επεκταθούν οι Καλλιέργειες και οι Ελαιώνες. Μια μάλλον απρόσμενη πρόβλεψη είναι η σημαντική αύξηση στον τομέα των δασών. Τέλος, η αμετάβλητη αστικής κάλυψη γης δικαιολογείται λόγω της έλλειψης επιπέδων πληροφορίας που θα καθοδηγήσουν το μοντέλο σε μια τέτοια επέκταση, όπως μέτρα κινήτρων ενίσχυσης (π.χ. φορολογικές ελαφρύνσεις), μακροπρόθεσμα στρατηγικά σχέδια (π.χ. επέκταση του υπάρχοντος οδικού δικτύου, κατασκευή νέων λιμένων ή επέκταση παλαιών), κ.λπ.