Οι δασικές πυρκαγιές αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι των Μεσογειακών οικοσυστημάτων επηρεάζοντας το φυσικό κύκλο διαδοχής της βλάστησης, αλλά και τη δομή και λειτουργία τους. Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται αύξηση των δασικών πυρκαγιών αυξάνοντας ιδιαίτερα το επιστημονικό ενδιαφέρον. Η χρησιμοποίηση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων έχει τριάντα χρόνια ιστορία ως εργαλείο χαρτογράφησης αλλά και παρακολούθησης της εξέλιξης των καμένων εκτάσεων. Η χαρτογράφηση των δασικών πυρκαγιών με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων είναι και σήμερα ένα εν ενεργεία αντικείμενο έρευνας της τηλεπισκόπησης. Πολλά χαρακτηριστικά παραδείγματα υπάρχουν στη διεθνή βιβλιογραφία με ερευνητικό αντικείμενο τη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων με τη χρήση πολλαπλών τύπων δορυφορικών δεδομένων, όμως ο αριθμός αυτών που διαπραγματεύονται για την ίδια πυρκαγιά πολλούς τύπους δεδομένων είναι περιορισμένος.
Στην παρούσα διδακτορική διατριβή επιχειρείται για πρώτη φορά η χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων με εκτεταμένη χρήση διαφόρων τύπων δορυφορικών εικόνων πολλαπλής φασματικής και χωρικής διακριτικής ικανότητας που έχουν αποκτηθεί για την ίδια πυρκαγιά (Πάρνηθα, 2007). Πιο συγκεκριμένα, αντικείμενο έρευνας αποτέλεσε η χαρτογράφηση των άκαυτων νησίδων εσωτερικά της περιμέτρου της πυρκαγιάς, καθώς και η διερεύνηση των παραγόντων που διαμορφώνουν την ακρίβεια της χαρτογράφησης, η διερεύνηση της ευαισθησίας των τιμών ανάκλασης σε διαφορετικές αναλογίες καμένου/βλάστησης, καθώς και η εφαρμογή και αξιολόγηση διαφόρων δεικτών βλάστησης.
Τα δορυφορικά δεδομένα που αξιολογήθηκαν προέρχονται από τους δορυφορικούς ανιχνευτές IKONOS, LANDSAT, ASTER και MODIS. Παράλληλα με τα αρχικά δεδομένα δημιουργήθηκε ένα σύνολο εικόνων πολλαπλής φασματικής και χωρικής κλίμακας. Αρχικά, εφαρμόστηκαν κλασικοί αλγόριθμοι επεξεργασίας εικόνας για τη γεωμετρική, ραδιομετρική και ατμοσφαιρική διόρθωση των δορυφορικών εικόνων. Στη συνεχεία, επεξεργάστηκε η υψηλής ανάλυσης εικόνα IKONOS, η οποία αποτέλεσε τη βάση για τον υπολογισμό του ποσοστού κάλυψης των καμένων εκτάσεων, της βλάστησης και του γυμνού εδάφους σε επίπεδο εικονοστοιχείου. Λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικούς συνδυασμούς φασματικών και χωρικών αναλύσεων πραγματοποιήθηκαν συνολικά 420 ταξινομήσεις. Επιπλέον, οι φασματικοί δίαυλοι καθώς και 57 δείκτες βλάστησης που υπολογίστηκαν, συσχετίστηκαν με περιοχές διαφορετικών αναλογιών καμένης και άκαυτης βλάστησης, με σκοπό τη διερεύνηση της ευαισθησίας τους στην εκτίμηση του ποσοστού των καμένων και μη καμένων περιοχών.
Συμπερασματικά, η χωρική διακριτική ικανότητα αποδεικνύεται ως ο σημαντικότερος παράγοντας για την αποτύπωση των άκαυτων νησίδων εσωτερικά της περιμέτρου της πυρκαγιάς, ενώ διαπιστώθηκε ότι συσχετίζεται άμεσα με τον αριθμό των χαρτογραφημένων νησίδων. Επιπλέον, το κοντινό και μέσο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος αποδείχτηκαν σημαντικά για την εκτίμηση του ποσοστού του καμένου, ενώ το κόκκινο και κοντινό υπέρυθρο για την εκτίμηση του ποσοστού της βλάστησης. Το τελευταίο φαίνεται ότι διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον υπολογισμό του ποσοστού των καμένων εκτάσεων, ενώ το μέσο υπέρυθρο στον υπολογισμό του ποσοστού της βλάστησης. Οι δείκτες βλάστησης ελαχιστοποιούν τις επιδράσεις εξωτερικών παραγόντων, όπως είναι η επίδραση του εδάφους. Έτσι, οι ενδιάμεσες κατηγορίες κρίθηκαν πιο σύμφωνες φασματικά με τις διαφορετικές αναλογίες καμένου/βλάστησης, σε σχέση με τους αρχικούς φασματικούς δίαυλους, βάσει των οποίων υπολογίζονται οι δείκτες. Οι κλασικοί δείκτες, οι οποίοι ενσωματώνουν το κόκκινο και κοντινό υπέρυθρο μήκος κύματος έδειξαν καλύτερη προσαρμογή στην εκτίμηση του ποσοστού της βλάστησης. Αντίθετα, η τροποποιημένη εκδοχή τους, αντικαθιστώντας το κόκκινο με το μέσο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος έδειξαν καλύτερη προσαρμογή στην εκτίμηση του ποσοστού των καμένων περιοχών, ταυτόχρονα με την υψηλή προσαρμογή για την εκτίμηση της βλάστησης.
Τέλος, πραγματοποιήθηκε η ανασύσταση της πρόσφατης ιστορίας των πυρκαγιών (1984-2011) για την Αττική, εφαρμόζοντας πρόσφατα ανεπτυγμένες (ημι)αυτόματες τεχνικές χαρτογράφησης σε διαχρονικά LANDSAT δορυφορικά δεδομένα μεσαίας χωρικής διακριτικής ικανότητας. Τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας οδήγησαν στη χαρτογράφηση των περιμέτρων των πυρκαγιών με σχετικά μεγάλη ακρίβεια, ενώ από τα μοντέλα παλινδρόμησης διαπιστώθηκε ότι οι διαφορές μεταξύ της καμένης έκτασης που υπολογίζεται από τα δορυφορικά δεδομένα και αυτά τα οποία καταγράφονται από τη Δασική Υπηρεσία αποδίδονται στον αριθμό των δορυφορικών εικόνων που χρησιμοποιούνται καθώς και στην ημερομηνία απόκτησης της πρώτης δορυφορικής εικόνας. / Forest fires, an integral part of Mediterranean ecosystems, affect the natural cycle of vegetation succession and the ecosystem’s structure and function. Recently, the increment in frequency of fires has increased the concern of the scientific community. The use of remote sensing in burned land mapping has a 30 year long history as tool in mapping and monitoring of forest fire. Despite this long period, burned land mapping using satellite data is still an active research topic in satellite remote sensing. Many characteristic examples of satellite remote sensing studies of burned land mapping and monitoring can be found in the literature, however studies dealing with a multisource data set for the same fire event are limited.
The present thesis attempted to map burned surfaces using a multisource satellite data set of multiple spectral and spatial resolution acquired for the same fire event (Parnitha, 2007). In particular, the aims of the thesis were to delineate the unburned patches within fire scar perimeter and explore the factors influence the classification accuracy, to explore the sensitivity of spectral reflectance values to different burn and vegetation ratios, as well as to examine and evaluate some vegetation indices.
The satellite data used were acquired from IKONOS, LANDSAT, ASTER and MODIS. Along with the basic data set, a spatially degraded satellite data over a range of coarser resolutions were created. Firstly, classical image processing algorithms were applied to correct geometrically, radiometrically and atmospherically the satellite images used. The pan-sharpened IKONOS served as the basis to estimate the percent of cover of burned areas, vegetation and bare land, at pixel level. Totally 420 classifications have been implemented considering different combinations of spectral and spatial resolutions. Additionally, the spectral bands and 57 versions of some classical vegetation indices were correlated with different burned and vegetation ratios in order to explore their sensitivity.
Conclusively, spatial resolution is the most important factor for the delineation of the unburned patches within the fire scar perimeter, while proved to be strongly correlated with the number of the mapped islands. Moreover, the near and middle infrared channels were the most important ones to estimate the percentage of burned area, while the red and near infrared were the most important channels to estimate the percentage of vegetation. The latter, seemed to play a more significant role in estimating the percent of burned area while the middle infrared seemed to play a more significant role in estimating the percent of vegetation. Vegetation indices are less sensitive to external parameters of the vegetation by minimizing external effects, such as soil impact. Thus, the semi-burned classes were spectrally more consistent to their different fractions of scorched and non-scorched vegetation, than the original spectral channels based on which these indices are estimated. The classical indices, which incorporate the red-near infrared space showed better performance to estimate the percent of the vegetation. In contrast, the modified version of the classical indices, by replacing the red with the middle infrared channel showed the highest performance to estimate the percent of burned areas, apart from the high performance in the estimation of the vegetation.
Finally, in the present thesis maps with the reconstruction of the recent fire history of Attica region were created, in a spatially explicit mode using (semi)automated image processing techniques in a series of multi-temporal medium-resolution LANDSAT images. The results showed that the fire-scar perimeters were captured with considerably high accuracy, while regression modeling showed that the differences between the area burned estimated from satellite data and that recorded by the forest service can be explained by the number of satellite images used followed by the acquisition date of the first image.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/7937 |
| Date | 01 August 2014 |
| Creators | Πλένιου, Μαγδαλινή |
| Contributors | Κούτσιας, Νικόλαος, Pleniou, Magdalini, Κούτσιας, Νικόλαος, Δημόπουλος, Παναγιώτης, Αριανούτσου-Φαραγγιτάκη, Μαργαρίτα, Τσακίρη-Στρατή, Μαρία, Γήτας, Ιωάννης, Καλλιμάνης, Αθανάσιος, Μαλλίνης, Γεώργιος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0039 seconds