Πρωτότυπος Τίτλος:
Χαρτογράφηση της κάλυψης γης της νήσου Κρήτης με αξιοποίηση δορυφορικών δεδομένων SENTINEL 2
Συγγραφέας:
Καρκαλέτσου, Αγορή Ε.
Επιβλέπων καθηγητής:
Παρχαρίδης, Ισαάκ
Περίληψη:
Οι θεματικοί χάρτες με την πληροφορία της κάλυψης γης, εξαγόμενη από δορυφορικά δεδομένα, έχουν γίνει η βάση για την ανάλυση πολλών κοινωνικο-οικολογικών ζητημάτων. Στην παρούσα εργασία αξιοποιήθηκαν δορυφορικά δεδομένα Sentinel 2 για την χαρτογράφηση της κάλυψης γης στο νησί της Κρήτης. Η εργασία αυτή χωρίζεται σε τρία κύρια μέρη τα οποία αφορούν στην προεπεξεργασία και ταξινόμηση εικόνας σε θεματικά επίπεδα κάλυψης γης και στην ανάπτυξη Web εφαρμογής που φιλοξενεί την παραγόμενη πληροφορία. Με σκοπό την προετοιμασία των δεδομένων για ταξινόμηση πραγματοποιήθηκαν οι απαραίτητες διορθώσεις εικόνας. Αυτές αφορούν στην ατμοσφαιρική και τοπογραφική διόρθωση. Η ατμοσφαιρική διόρθωση πραγματοποιήθηκε με την βοήθεια του επεξεργαστή Sen2Cor. Για την υλοποίηση της τοπογραφικής διόρθωσης αναπτύχθηκε ένα μοντέλο βασιζόμενο στον αλγόριθμο Minnaert το οποίο λαμβάνει υπόψιν την σχέση ανακλαστικότητας, επιπέδου τοπογραφικών κλίσεων και συνθήκης φωτισμού. Η μέθοδος τοπογραφικής διόρθωσης που αναπτύχθηκε αποδείχτηκε αποτελεσματική επιφέροντας σημαντική αφαίρεση των σκιασμένων περιοχών λόγω του αναγλύφου με τελική τιμή του συντελεστή συσχέτισης μεταξύ ανακλαστικότητας και φωτισμού να βρίσκεται πλησίον του μηδενός.
Για την ταξινόμηση εικόνας εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος ταξινόμησης SVM (Support Vector Machine). Ο SVM ταξινομητής βρέθηκε αποτελεσματικός στον προσδιορισμό των κατηγοριών κάλυψης γης επιτυγχάνοντας συνολική ακρίβεια 97% και τιμή συντελεστή kappa 0.96. Στην υψηλή ακρίβεια ταξινόμησης συνέβαλλε η προεπεξεργασία των δεδομένων, η κατάλληλη επιλογή του αλγορίθμου ταξινόμησης, η ορθή επιλογή δειγμάτων εκπαίδευσης και η χωρική και φασματική ανάλυση του Sentinel 2. Τα Sentinel 2 δεδομένα τα οποία βοηθούν στην ανίχνευση μικρών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων του τοπίου μαζί με την χρήση της SVM η οποία έχει την ικανότητα να διατηρεί τα χωρικά χαρακτηριστικά αποτέλεσαν τον κατάλληλο συνδυασμό για την δημιουργία του θεματικού χάρτη κάλυψης γης της Κρήτης. Με Sentinel 2 δορυφορικά δεδομένα έγινε αποτύπωση της κάλυψης γης με λεπτομέρεια και ακρίβεια, ειδικά σε υψηλά ετερογενείς περιοχές όπως είναι τα παράκτια περιβάλλοντα και σε υψηλά κατακερματισμένα τοπία όπως είναι οι περιαστικές περιοχές. Ειδικότερα, στην υψηλή ακρίβεια ταξινόμησης των δασών και της βλάστησης συνέβαλλε η αξιοποίηση ανοιξιάτικων δορυφορικών εικόνων οι οποίες είναι από τις πρώτες ανοιξιάτικες εικόνες που κατέγραψε ο δορυφόρος Sentinel 2. Η κάλυψη γης που απεικονίζει την τρέχουσα πραγματικότητα φανέρωσε μεταξύ άλλων καταστροφές στο φυσικό περιβάλλον όπως είναι οι καμένες εκτάσεις.
Τα αποτελέσματα δείχνουν πως στην Κρήτη υπερέχει το φυσικό περιβάλλον. Το μεγαλύτερο ποσοστό κάλυψης γης στο νησί καταλαμβάνει το μωσαϊκό της αραιής βλάστησης με τις καλλιέργειες (40.85%) και ακολουθεί η κατηγορία των δασών (31.55%). Το 2.81% ανήκει στις τεχνητές επιφάνειες. Ο Sentinel 2 θα συμβάλλει σημαντικά στην διαχρονική παρακολούθηση της κάλυψης γης σε περιφερειακό, εθνικό και παγκόσμιο επίπεδο εξαιτίας του μεγάλου πλάτους σάρωσης, της συχνής επίσκεψης σημείου και της καλής χωρικής του ανάλυσης. Η τακτική ενημέρωση των δεδομένων κάλυψης γης με Sentinel 2 δορυφορικά δεδομένα μπορεί να συμβάλλει στη προσφορά χρήσιμης και βελτιωμένης πληροφορίας στον τομέα της επιστήμης και της πολιτικής.
Για την ταξινόμηση εικόνας εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος ταξινόμησης SVM (Support Vector Machine). Ο SVM ταξινομητής βρέθηκε αποτελεσματικός στον προσδιορισμό των κατηγοριών κάλυψης γης επιτυγχάνοντας συνολική ακρίβεια 97% και τιμή συντελεστή kappa 0.96. Στην υψηλή ακρίβεια ταξινόμησης συνέβαλλε η προεπεξεργασία των δεδομένων, η κατάλληλη επιλογή του αλγορίθμου ταξινόμησης, η ορθή επιλογή δειγμάτων εκπαίδευσης και η χωρική και φασματική ανάλυση του Sentinel 2. Τα Sentinel 2 δεδομένα τα οποία βοηθούν στην ανίχνευση μικρών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων του τοπίου μαζί με την χρήση της SVM η οποία έχει την ικανότητα να διατηρεί τα χωρικά χαρακτηριστικά αποτέλεσαν τον κατάλληλο συνδυασμό για την δημιουργία του θεματικού χάρτη κάλυψης γης της Κρήτης. Με Sentinel 2 δορυφορικά δεδομένα έγινε αποτύπωση της κάλυψης γης με λεπτομέρεια και ακρίβεια, ειδικά σε υψηλά ετερογενείς περιοχές όπως είναι τα παράκτια περιβάλλοντα και σε υψηλά κατακερματισμένα τοπία όπως είναι οι περιαστικές περιοχές. Ειδικότερα, στην υψηλή ακρίβεια ταξινόμησης των δασών και της βλάστησης συνέβαλλε η αξιοποίηση ανοιξιάτικων δορυφορικών εικόνων οι οποίες είναι από τις πρώτες ανοιξιάτικες εικόνες που κατέγραψε ο δορυφόρος Sentinel 2. Η κάλυψη γης που απεικονίζει την τρέχουσα πραγματικότητα φανέρωσε μεταξύ άλλων καταστροφές στο φυσικό περιβάλλον όπως είναι οι καμένες εκτάσεις.
Τα αποτελέσματα δείχνουν πως στην Κρήτη υπερέχει το φυσικό περιβάλλον. Το μεγαλύτερο ποσοστό κάλυψης γης στο νησί καταλαμβάνει το μωσαϊκό της αραιής βλάστησης με τις καλλιέργειες (40.85%) και ακολουθεί η κατηγορία των δασών (31.55%). Το 2.81% ανήκει στις τεχνητές επιφάνειες. Ο Sentinel 2 θα συμβάλλει σημαντικά στην διαχρονική παρακολούθηση της κάλυψης γης σε περιφερειακό, εθνικό και παγκόσμιο επίπεδο εξαιτίας του μεγάλου πλάτους σάρωσης, της συχνής επίσκεψης σημείου και της καλής χωρικής του ανάλυσης. Η τακτική ενημέρωση των δεδομένων κάλυψης γης με Sentinel 2 δορυφορικά δεδομένα μπορεί να συμβάλλει στη προσφορά χρήσιμης και βελτιωμένης πληροφορίας στον τομέα της επιστήμης και της πολιτικής.
Ημερομηνία κατάθεσης:
2017-03-01
Γλώσσες Τεκμηρίου:
Ελληνικά
Θεματικές Κατηγορίες:
Γεωγραφία (Γενικά)
Μαθηματική γεωγραφία. Χαρτογραφία
Τεχνολογία της πληροφορίας
Ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Επιστήμη των υπολογιστών
Μαθηματική γεωγραφία. Χαρτογραφία
Τεχνολογία της πληροφορίας
Ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Επιστήμη των υπολογιστών
Λέξεις-κλειδιά:
Κάλυψη γης, Sentinel 2, Sen2Cor, Minnaert, ταξινόμηση, SVM, συντελεστής kappa, Κρήτη, Διαδικτυακή εφαρμογή
Περιγραφή:
125 σ., εικ., πίν., διαγρ., σχ.
Άδεια χρήσης:
Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Όχι Παράγωγα Έργα 4.0
