Űrfelvétel kiértékelése Tokaj Rakamaz körüli mintaterületről

Átírás

1 Űrfelvétel kiértékelése Tokaj Rakamaz körüli mintaterületről XY DE Geográfus BSc. hallgató

2 Bevezetés Napjainkban a távérzékelés az egyre szélesebb körben alkalmazott technológiák egyike. Általánosságban úgy fogalmazhatunk, hogy a távérzékelés során úgy szerzünk adatokat a felszín objektumairól, hogy közben nem vagyunk azzal közvetlen fizikai kapcsolatban (Lóki J., 1996). A hagyományos alkalmazások (pl. tájhasználat felmérés, ásványi anyag-kutatás, stb.) egyre szélesebb körben alkalmazzák a távérzékelést, például a környezetvédelemben, a tájban lezajló változások vizsgálatában, vagy a katasztrófák (és azok kivédése) esetén (Campbell, J. B., 1996). Dolgozatom célja egy mintaterület tájhasználati tematikus térképének a létrehozása, amelyhez kiindulásként egy SPOT felvétel állt rendelkezésre. Felhasznált anyagok és módszerek A kiválasztott mintaterület Az általam választott mintaterület ÉK-Magyarországon, az Eperjes-Tokaji hg., a Bodrogköz, és a Nyírség határán helyezkedik el. A mintaterületen több település is megtalálható: Tokaj és Rakamaz a legnagyobbak, Tarcal, Bodrogkeresztúr, Bodrogkisfalud és Tímár kisebb lélekszámúak. A kiválasztott mintaterületet mutatja az 1. ábra. A felhasznált űrfelvétel 1. ábra. A kiválasztott mintaterület (Google Earth) A kiválasztott űrfelvételt a SPOT-4 francia erőforrás-kutató műhold készítette, 1998 augusztus 3-án a High Resolution Visible (HRV) elnevezésű érzékelőjével. Ezen belül is a multispektrális adatbázist használtam fel. A berendezés térbeli felbontása hozzávetőlegesen 20 méter, spektrálisan pedig a 4 csatorna a zöld, a vörös, valamint két közeli IR tartományban rögzít (Mucsi L., 2005). A SPOT program 1986-ban indult. A 4-es platform 1998-ban került Föld körüli poláris, napszinkron pályára. Egyszerre egy 60 km széles sávban rögzíti a felszín

3 radiancia-értékeit ( A 2. ábra az eszköz sematikus rajzát mutatja. 2. ábra. A SPOT-4 sematizált rajza (physics.nus.edu.sg). Vizuális kiértékelés A vizuális kiértékeléshez először egy olyan kompozitot kerestem, mely a számomra a legtöbbet mutatott a mintaterület reflektancia-viszonyairól. Több mint tíz kompozitot készítettem, 24 bites radiometriai felbontással, valamint 3%-os hisztogram-telítési küszöbbel. A 3. ábra négy elkészített kompozitot mutat be. 3. ábra. Az általam elkészített kompozitok közül néhány.

4 Mintaterületem morfológiailag alapvetően két, jól elkülöníthető részből áll. A nyugati fél az Eperjes-Tokaji hegység délkeleti hegylábi része valamint a Nagy Kopasz. A terület középső és keleti része a Bodrogzughoz és a Kelet-Nyírséghez tartozik. Mivel a hegylábi és az ártéri részek különböző kompozitokon mutattak maximális variabilitást, ezeket vizuálisan két felvételen elemeztem. A 4. ábrán a BGR321 kompozit látható. 4. ábra. A mintaterület BGR 321 kompoziton Az ábrán láthatjuk, hogy a Nagy-Kopasz felső régióit főként erdő borítja, mely itt sötétkék színnek jelenik meg. A hegy csúcsán kivehető folt az adótorony. Ettől északi irányba húzódó egyenes vonal a sípálya. Az északi lejtőkön kisebb szőlőparcellák látszanak, míg a déli részen több kőbányát találunk. Ugyancsak nagy bányagödör látható a hegy nyugati oldalában. A felvétel északnyugati részében még egy bányát láthatunk: a Nyerges-hegy déli végénél (fehér folt). A bányától keletre kiterjedt sárga folt a bányához tartozó betongyár. Ettől északra a hegylábi területen kordonos szőlőművelés szabályos vonalai látszanak. A Nyergeshegy gerincét egy közel meridionális irányú erdősáv fedi. A felvétel délnyugati sarkában elhagyott folyómedrek nyomai láthatók. Itt az egykori medret a nedvesebb talaj és a sűrűbb növényzet jelzi. A hegyek lábánál települések utcahálózatai láthatók sárga, zöldessárga színben. A felbontás nem engedi az egyes házak elkülönítését, de az utcák jól láthatók. Tokaj belterületénél a legsűrűbb a beépítés, mivel itt a hegy és a folyók közé szorult a város. A felvételen a folyóvizek barnás árnyalatokban látszanak, és jól elkülönülnek környezetüktől. A Bodrog és a Tisza összefolyásától délre a közúti és a vasúti híd is kivehető a felvételen, bár ehhez az árnyékhatás is hozzájárul. A Tiszától keletre Rakamaz teleülésének utcaszerkezete jól kivehető. A településtől délre találjuk a Nagy Morotvát, mely elhagyott Tisza-meder. A területen megfigyelhetjük az övzátonyok-sarlólaposok periodikusan váltakozó vonalait. Ezek a már fentebb említett növényzeti és nedvességtartalom-beli különbségek miatt látszanak

5 ennyire jól. A településtől északra a nyírségi homokterületek nyugati peremein szántóterületek látszanak. A Tisza mentén levágott holtmedrek, az ártéri területeken galériaerdők látszanak. A holtmedrek közül a legépebbekben tavak vannak, ezek fekete színnel jelennek meg. Az 5. ábra a BGR 324 kompozitot mutatja. 5. ábra. A mintaterület középső része BGR 324 kompoziton Az 5. ábrán a Bodrogzug különböző jellegű területei jól elkülöníthetők. A terület aktív ártér, melyet évről évre elöntenek a medrükből kilépő folyók. Több lefűződött/levágott meder is látható a területen. A legnagyobb a Balota (szláv, jelentése mocsár) tó, mely egy nyugatészak-kelet-irányú ívet ad. Délkeleti vége növényzettel fedett, így zöld színű. A tótól délre ugyancsak jól látható egy patkó alakú holtmeder. A két tó között egy ültetett nyárfaerdő egyenes oldalakkal határolt, zöld foltját ismerhetjük fel. A Bodroggal közel párhuzamosan egy szabályos vonal látható, amely a nyárigát rendszere. A Bodrogzug területén különböző színekben látszanak a rétek és legelők (ciklámen, lila, fekete). Ennek oka az eltérő vízmennyiség és a különböző növényzeti összetétel. Ezek mellett megfigyelhetjük még a szélesebb csatornákat, melyek átszelik a Bodrogzugot. A Tisza mentén világos zöld színben szántókat és legelőket találunk. Digitális kiértékelés A nem ellenőrzött osztályba soroláshoz a BGR321 kompozitot választottam, bár a vizuális kiértékelés alapján sejthető, hogy itt ugyancsak célszerű lenne két kompoziton végrehajtani az elemzést.. Első alkalommal az osztályok összeolvasztásának szintjét erősre

6 állítottam (broad), valamint az 1%-nál kisebb előfordulással bíró osztályok beolvasztását is megadtam. Így a 6. ábrán látható eredményt kaptam. 6. ábra. A nem ellenőrzött osztályba sorolás eredménye Eredményként 10 osztályt kaptam. Ezek közül az erdők jól elkülöníthetők (cluster3). A szőlők és a szántó egy része az 1-es csoportba került. A 2-es csoport a szántók és homoki legelők másik csoportját adja. Az ártéri legelők egy része a 4-es, a legnedvesebbek pedig az 5- ös kategóriába kerültek. Ide osztotta a szoftver a holtmederek túlnyomó részét is. A 6-os kategóriába kerültek a beépített területek, és a nyírségi homoki szántók egy része. A 7, 8, 9-es csoportok kisebb, és nagyon elaprózott pixelmennyiséget adnak. A 10-es osztály pedig jórészt a folyóvizeket adja vissza. Amennyiben az osztályozásnál a kisebb potenciális klasztereket is önállónak tekintettem (fine), az osztályok száma 27 lesz. Ebben az esetben az addig egy osztályba került (és összetartozó) objektumok is külön csoportba kerülnek. Például az erdők így az 5-ös, és a 13-mas osztályba kerültek (7. ábra).

7 7. ábra. Nem ellenőrzött osztályba sorolás (fine) A tematikus térkép elkészítéséhez a 6. ábrán látható eredményt használtam fel, melyet jelmagyarázattal láttam el, és egy módusz szűrővel generalizáltam, majd egy saját palettát készítettem hozzá (8. ábra). 8. ábra. A nem ellenőrzött osztályba sorolás alapján készített területhasználati térkép Természetesen nem hibátlan az így készített térkép, egyrészt viszonylag magas maradt az elszórt, általam pontosan be nem azonosított pixelek aránya, valamint egyes foltok tévesen kerültek meghatározásra. Például a Balota tó délkeleti végében biztosan nincs szántó/szőlő, és a folyók mellett is túlzottan sok a beépített/homoki szántóterület. Rakamaztól keletre pedig nincs a szántóterületek között ennyi erdő. A pontosabb osztályozás érdekében végeztem el az ellenőrzött osztályba sorolást.

8 Az ellenőrzött osztályba sorolás során 10 kategóriát hoztam létre. A tanulóterületek elhelyezkedését a 9. ábra mutatja. 9. ábra. A tanulóterületek elhelyezkedése A 10. ábra a tanulóterületek reflektanciaértékeit mutatja csatornánkénti megoszlásban. 10. ábra. A tanulóterületek reflektanciaértékei csatornánkénti megoszlásban Látható, hogy jelentős átfedések vannak az egyes kategóriákban. A beépített területek itt szerencsés módon az 1-es és 2-es csatornákon jól kiugranak, valamint az erdő is elkülöníthető a 3-mas csatornán. A többi kategória a legtöbb esetben egymásba fed, de általában az átfedések másik kategóriával történnek a különböző csatornákon. Összességében az első három csatorna tűnik a leghasználhatóbbnak. A 11. ábrán a paralellepipedon alapú eljárás eredményét láthatjuk.

9 11. ábra. A paralellepipedon alapú eljárás eredménye Az ábrán látjuk, hogy s besorolás sok pontatlanságot tartalmaz. A Bodrogköz nagy része tó lett, a beépített területek pedig szántók. A nedves rétek ugyancsak tavak. A szántók egy része pedig egy kategóriába sem került bele. A legkisebb távolság módszerével készült térképet mutatja a 12. ábra. 12. ábra. A legkisebb távolság módszerével készült térkép

10 Az eredmény már jobb az előzőnél. A folyók jó osztályba kerültek, és több (bár még mindig nem elegendő) a beépített terület. A rét2 és a szántók egy része viszont nem korrekt. A tavak és a nedves rétek ugyancsak keverednek. A nyerges-hegyi bánya beépített terület lett. Az erdők egy része rét2 kategóriába került. A 13. ábra a legnagyobb valószínűség módszerével készült térképet mutatja. 13. ábra. A legnagyobb valószínűség módszerével készült térkép Az ábrán láthatjuk, hogy az eredmény ismét rosszabb lett. A beépített területek aránya eltúlzott (a Bodrog egy része is ide került). A tavak területe is túl nagy, főként a nedves rétek rovására. A Nyerges-hegyi bánya beépített terület lett. A szántók egy jelentős része rét ábra. Az űrfelvétel alapján készített területhasználati térkép

11 A fentiek alapján végül a nem ellenőrzött osztályba sorolást találtam a legelfogadhatóbb eljárásnak ebben a konkrét esetben, így ez alapján készítettem el a végső területhasználati térképet (14. ábra). A beépített területeket külön digitalizáltam be a kompozitról, majd boole-műveletként egyesítettem a tematikus térképpel. Ezek mellett bedigitalizáltam a főbb utakat, és piros színnel ráhelyeztem a tematikus térképre, melyhez készítettem egy saját palettát. Megállapíthatjuk, hogy a mintaterület digitális kiértékelése nem érte el a megkívánt pontossági szintet. Ennek oka, hogy két, eltérő jellegű terület található a felvétel-részleten, melyek digitális interpretációjára nem alkalmas ugyanaz a kompozit. Az általam választott kompoziton a Bodrogköz egyes foltjai kevésbé jól különíthetők el. Végül, a 20 méteres felbontás nem engedi meg, hogy ezen a mintaterületen a beépített területeket külön kategóriának válasszuk. Ezeket érdemesebb vizuális alapon leválasztani. A fentiek alapján készítettem 11 új kompozitot, melyek alkalmasabbak a bodrogközi rész interpretációjára. Közülük a BGR234-et választottam, és lemaszkoltam a hegylábi területeket (15. ábra). 15. ábra. A maszkolt mintaterület Összesen 7-féle tanulóterületet hoztam létre a Google Earth segítségével. Ezek alapján készítettem el a pixelértékek mintaterület-diagramját (16. ábra).

12 16. ábra. A bodrogközi tanulóterületek reflektancia-értékei csatornánkénti megoszlásban Az ábrán látható, hogy ez esetben is jelentős átfedések keletkeztek a tanulóterületek pixelértékeiben. A csatornák közül a 2-es, 3-mas és a 4-es tartalmazza a kevésbé átfedő értéktartományokat. A teljes mintaterület esetében alkalmazott módszereket ebben az esetben is elvégeztem. A 17. ábra három eredményt mutat. 17. ábra. A bodrogzugi részterület háromféle interpretációja Végül a legkisebb távolság módszerével készített osztályozást találtam a legközelebbinek a valós viszonyokhoz (bár a legnedvesebb réteket és a tófelületeket itt sem különítette el a szoftver, így közös kategóriába kerültek), így ezen végeztem módusz szűrést, és rendeltem hozzá saját palettát. Az eredménytérképet a 18. ábra mutatja.

13 18. ábra. A bodrogzugi terület eredménytérképe. Végül meghatároztam, hogy az egyes kategóriák mekkora területi kiterjedést adnak. A kapott eredményeket az 1. táblázat mutatja. 1. táblázat. A területhasználati típusok kiterjedése km2 a teljes terület Csak a bodrogzugi terület Szőlő/szántó folyó Szántó/legelő rét1 Erdő erdő Ártéri legelők rét2 Nedves ártéri legelők / tavak rét3/tó Homoki szántók / sziklafelszín szántó1 Elszórt szántó2 Folyók 5.3 Beépített 9.5 Felhasznált irodalom Campbell, J., B., Introduction to Remote Sensing. Taylor and Francis, London. ISBN P.: 622. Lóki József, Távérzékelés. KLTE Egyetemi Kiadó, Debrecen. P.: 113. Mucsi László, Műholdas Távérzékelés. Libellus Kiadó, Szeged. ISBN P.:248.

14 Internetes hivatkozások: Google Earth ( physics.nus.edu.sg envisat.esa.int/earth/www/object/index.cfm?fobjectid=4067