Διερεύνηση εξέλιξης χρήσεων γης με ταξινομήσεις δορυφορικών απεικονίσεων και οικονομετρικά πρότυπα

Abstract

Στην παρούσα μελέτη διερευνάται η διαχρονική εξέλιξη των κύριων κατηγοριών χρήσης/κάλυψης γης της περιοχής της Ανατολικής Αττικής (Μεσόγεια) τις τελευταίες δεκαετίες με τη βοήθεια τηλεπισκοπικών εικόνων και γίνεται προσπάθεια προτυποποίησης της αλλαγής με οικονομετρικά πρότυπα.

Στο πλαίσιο εφαρμογής της τηλεπισκοπικής μεθοδολογίας, στο χρονικό διάστημα από το 1984 μέχρι και το 2010, επιλέγονται πέντε δορυφορικές απεικονίσεις των δορυφόρων Landsat 4, 5 και 7 και ταξινομούνται ανεξάρτητα η μια με την άλλη με τρεις εναλλακτικές μεθοδολογίες. Αρχικά, στη μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση αν και ο αλγόριθμος διαχωρίζει την εικόνα αρχικά σε πολλές φασματικές κατηγορίες, οι θεματικές κατηγορίες στη μέθοδο αυτή γενικεύονται στις εξής πέντε: θάλασσα, βλάστηση, αστική δόμηση, γυμνό έδαφος-καλλιέργειες και χώροι εξορύξεων, σύμφωνα και με τις επίσημες γενικευμένες κατηγορίες του CORINE Land Cover για την περιοχή. Στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση επιλέγεται ο αλγόριθμος της Μέγιστης Πιθανοφάνειας ως ο βέλτιστος ταξινομητής και παρουσιάζονται δύο αποτελέσματα για κάθε εικόνα. Ο ένας θεματικός χάρτης αποτελείται από δεκατέσσερις κατηγορίες ενώ ο δεύτερος από πέντε κατηγορίες, όμοιες με εκείνες που υπαγόρευε η μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση. Στην τρίτη μέθοδο, όπου η χωρική μονάδα ανάλυσης είναι το αντικείμενο και όχι το εικονοστοιχείο, για κάθε εικόνα δημιουργούνται πολλαπλά επίπεδα κατάτμησης με βασικό επίπεδο εξαγωγής της ταξινόμησης το δεύτερο. Στην μέθοδο αυτή είναι δυνατή η διάκριση της διακεκομμένης αστικής δόμησης από τη συνεχή, εκμεταλλευόμενοι τον δείκτη της Ομοιογένειας κατά Haralick. Επίσης, δεν χρησιμοποιούνται δείγματα εκπαίδευσης και μπόρεσαν να διακριθούν περισσότερες από πέντε κατηγορίες. Για το αποτέλεσμα της επιβλεπόμενης ταξινόμησης και για το αποτέλεσμα του δεύτερου επίπέδου της αντικειμενοστραφούς μεθόδου δημιουργήθηκε, σε κάθε απεικόνιση, ο Πίνακας Σύγχυσης, ύστερα από την επιλογή δεδομένων ελέγχου μέσω φωτοερμηνείας. Ο δείκτης για την αντικειμενοστραφή μέθοδο, παρά τις περισσότερες κατηγορίες ανάλυσης, έδωσε καλύτερα αποτελέσματα με εύρος τιμών από 0.851 έως 0.897, ενώ για την επιβλεπόμενη από 0.761 έως 0.835.

Η κατανόηση του τρόπου ανάπτυξης μιας περιοχής είναι υψίστης σημασίας για τους συγκοινωνιολόγους και για τους μελετητές σχεδιασμού πόλεων. Για το λόγο αυτό η διαχρονική εξέλιξη χρήσης/κάλυψης γης μελετήθηκε με την ανάπτυξη απλοποιημένων οικονομετρικών προτύπων, για δύο από τις παραπάνω τηλεπισκοπικές μεθόδους όπου, εκτός από τις χρήσεις γης, λάμβαναν υπόψη και κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες, όπως για παράδειγμα η κατασκευή της Αττικής Οδού με τη βοήθεια Ευκλείδειων Αποστάσεων. Συγκεντρώθηκαν ακόμα πολλές πληροφορίες που μπορούν μελλοντικά να θεωρηθούν ως μεταβλητές στην κατασκευή πιο σύνθετων προτύπων εξέλιξης και προτύπων πρόβλεψης που θα λαμβάνουν υπόψη, τη χωρική αυτοσυσχέτιση των χρήσεων γης, την διαφορά στα χρονικά διάκενα μεταξύ των εικόνων αλλά και περαιτέρω δημογραφικά δεδομένα. Με τη χρήση προτύπων δυαδικής απόκρισης, αποδείχθηκε πως οι πρόσθετες μεταβλητές που εισήχθηκαν στο πρότυπο ερμηνεύουν σημαντική μεταβλητότητα της αλλαγής χρήσης γης κυρίως στην μεταβολή ενδιαφέροντος, δηλαδή από μη αστικό σε αστικό.

This study concerns investigation of the main land use/land cover changes and about methods of basic econometric models at the eastern part of Attica (Messoghia plain) over the last decades using remotely sensed images.

Five (Landsat 4, 5 and 7) images were selected from 1984 to 2010. These images were classified individually using three alternative methodologies. Firstly, the method of unsupervised classification was carried out for each image. Although the algorithm was able to recognize many spectral categories, the thematic (semantic) categories were finally generalized into five: sea, vegetation, urban, bare soil-cultivation and mines, based on the official CORINE Land Cover generalized categories for this area. Secondly, the method of supervised classification was conducted using the Maximum Likelihood classifier as the most efficient one, creating two types of thematic maps, one with fourteen different classes and one with the same generalized categories indicated by the unsupervised classification. Thirdly, object-oriented image analysis was performed, creating for each image a multiresolution segmentation. In this method, the second level was the level of the main classification. An important asset of this method was the ability of extracting the discontinuous urban areas, using the Haralick texture feature of Homogeneity, and to discriminate them from the continuous ones. More importantly, through this method no training data were used at all and the categories detected were more than five. For both the supervised and the object-based classification, a confusion matrix was created for each image using test data. The K index showed that the object-based method outperformed with values ranging from 0.851 to 0.897, versus the supervised method ranging from 0.761 to 0.835.

Understanding the manner in which urban areas change over time and space is an issue of great importance for transportation researchers and planners. For this reason the evolution of land use/land cover change was performed through the development of basic econometric models for the two of the methods mentioned above. Despite using only land use information, socio-economic parameters were taken into consideration such as the construction of road infrastructure called ‘Attiki Odos’ through Euclidean Distance. Useful information was collected which could help for future research in order more complex models to be developed, and prediction models as well, taking into account the spatial correlation of land use, the phenomenon of time lagged variables and further demographic information. In this study, it was proved that using binary logit models, the variables included in the models were able to interpret an important part of the variability of change from not urban to urban areas, which is the case of more interest.