Távérzékelés irodalmazás mintafeladat Nádasok minısítése és osztályozása Készítette: Dr. Király Géza, 2011. november 14. Bevezetés (A probléma ismertetése) A nádasok minısítésének, osztályozásának szempontjait a 22/1998. (II.13.) Korm. rendelet a Balaton és a parti zóna nádasainak védelmérıl, valamint az ezeken folytatott nádgazdálkodás szabályairól írja elı. A rendelet célja biztosítani, hogy a Balaton medrében, továbbá a parti zónában a biológiai sokféleség megırzését és a tó vízminıségének védelmét is szolgáló nádgazdálkodás történjen. A 120/1999. (VIII. 6.) a vizek és a közcélú vízi létesítmények fenntartására vonatkozó feladatokról szóló Korm. rendelet 9.. elıírja, hogy a vizek, illetve a meder tulajdonosa köteles a vizek medrében levı nádasok vízminıség-védelmi és partvédelmi szempontokra is figyelemmel kialakított minısítésérıl, illetve a terület ennek megfelelı osztályba sorolásáról gondoskodni. A Korm. rendelet 9.. (11) bekezdése szerint a minısítést szükség szerint, de legalább ötévenként kell elvégezni. A minısítés tartalmazza: a) a nádas helyének megjelölését, térképi ábrázolását és területének nagyságát, b) a nádas típusát, az élıhely jellegének a leírását, valamint a kísérıfajok összetételének, fajgazdagságának bemutatását, c) a nádas állomány minıségét meghatározó adatokat, a minıségi változások értékelését, valamint okainak feltárását, d) a javasolt nádgazdálkodási módokat. Az elsı, légifényképek kiértékelésén alapuló, kézzel rajzolt részletes nádvegetációs térkép 1984-ben készült el (Márkus I. Csapody I. Takáts T. Pirger Z. (1984)). A térképet 2003- ban digitalizáltuk. 1999-ben készült el (már a 120/1999. (VIII. 6.) Korm. rendelet 9. elıírásai szerint) a Fertı tavi nádasok 1999. évi minısítése és térképe (Márkus I. Dinka M. Király G. Márkus A. (1999)). Ennek, az 1999-es nádas-osztályozásnak a megújítása volt a feladat 2007-ben, a legalább ötévenként még így sem teljesült. Lehetséges távérzékelési megoldások A 22/1998. (II.13.) Korm. rendeletben elı van írva az is, hogy a nádasok minısítését 1:10 000 méretarányú térképlapon kell ábrázolni, amely hatósági nyilvántartásnak minısül. Mivel nagy területek terepi térképezése ilyen méretarányban csak nagyon nehezen valósítható meg, így a térkép készítéséhez szükséges a távérzékelés alkalmazása. A térkép készítéséhez a következı távérzékelési forrásadatok jöhetnek szóba: mérıkamerás légifénykép nagyon nagy felbontású (VHR) őrfelvétel légi lézeres letapogatás (ALS) Annakidején a lézeres letapogatás még nagyon drága volt (bár még most is az), így ez a lehetıség gyorsan kiesett. Ugyanakkor ezzel a módszerrel lehetıség van arra is, hogy a
térképezésen túl metrikus információkat is kapjunk az állományokról, pl. nádmagasság, borítás, stb. Emellett azonban a minıségi információkat kizárólag a lézeres letapogatás adataiból elıállítani nehezebb. A nádminısítés idejében, 2007-ben, az elérhetı legnagyobb felbontású mőholdfelvétel a 2001-ben pályára állított QuickBird mőholdfelvétel volt, amely pánkromatikus módban 0,6 m-t, multispektrális módban 2,4 m-t tud. Úgy ítéltük meg akkor, hogy ez a szükséges 1 : 10 000-es méretarányhoz nem elegendı, így a mérıkamerás légifényképezés mellett döntöttünk. A mérıkamerás légifényképezésre az Eurosense Kft-tıl kértünk árajánlatot, akiktıl azt két változatban, analóg és digitális mérıkamerával tervezve is megkaptuk. Végül a digitális mérıkamera mellett döntöttünk, és mivel (tudtommal) ez volt Magyarországon az elsı digitális mérıkamerával végrehajtott légifényképezés, ezért az analóg és a digitális mérıkamerás légifényképezés összehasonlítására amely számunkra annakidején segített a döntésben kicsit részletesebben kitérek. A hagyományos és digitális mérıkamerás légifényképezés összehasonlítása A hagyományos légifényképezés leggyakoribb eszköze a Wild RC 30 mérıkamera (1/a. ábra). A felvételek vegetáció vizsgálat esetében általában KODAK Aerochrome III FCIR 1443 infraszínes légifilmre készülnek, majd szkenneléssel kapjuk a digitális képet. A digitális mérıkamera a Vexcel UltraCamD, többcsatornás felvevı berendezés (1/a. ábra). A két kamerával, a megadott paraméterekkel készülı légifényképek összehasonlítását az 1. táblázat mutatja. 1/a. ábra: Wild RC30 kamera 2/b.ábra: Vexcel UltraCamD kamera 1. táblázat: Az analóg és a digitális mérıkamerával készítendı felvételek összehasonlítása Pixelméret f / Hrel. Méretarány Képméret Látószög Képterület képsík / terep pixel képsík / terep m m m m º º m2 UltraCAM D P 9.00E-06 0.1 11500 7500 0.104 0.068 54.7 37.3 0.2999700 3333 1 : 33 330 3449.655 2249.775 7760948 MS 9.00E-06 0.028 3680 2400 0.033 0.022 61.2 42.2 1.0713214 3333 1 : 119 036 3942.463 2571.171 10136748 RC-30 Film 2.10E-05 0.154 10952 10952 0.230 0.230 73.5 73.5 0.2520000 1848 1 : 12 000 2760.000 2760.000 7617600
A Vexcel UltraCamD és a Wild RC 30 kamerával készült felvételek közötti minıségi különbség a spektrális és a radiometriai felbontásban jelentkezik. A Wild RC 30 kamerával készült színes vagy infraszínes képek szkennelésekor 21 µm geometriai, és 3*8 bit (RGB) radiometriai felbontást szoktunk alkalmazni. A Vexcel UltraCamD kamera a felvételeket egy pánkromatikus és négy multispektrális sávban (P+RGBNIR) rögzíti. A több sáv jobb spektrális felbontást biztosít. Az UltraCamD felvételek radiometriai felbontása 14 bit, amely szintén jelentısen jobb a szkennelés 8 bitjénél. Ugyanakkor a digitális mérıkamera az adott paraméterekkel 30 cm-es terepi felbontást, míg az analóg film 25 cm-es terepi felbontást tud. A digitális mérıkamerával történı légifényképezés drágább ugyan, de a várható elınyöket (nagyobb spektrális és radiometriai felbontás, élesebb leképzés) figyelembe véve jobbnak találtuk, és ezt a megoldást választottuk. Döntésünket az a már látható tendencia is motiválta, hogy a digitális mérıkamerás légifényképezés várhatóan néhány éven belül kiszorítja, ill. felváltja a hagyományos mérıkamerás légifényképezést. Ezért fontos a jövı szempontjából, hogy megismerjük az új technológiát. A légifényképezés A légifényképezés tervét az EUROSENSE Kft készítette. A felvételek vetületbe illesztéséhez szükséges illesztıpontokat magunk jelöltük és mértük az EUROSENSE Kft-vel egyeztetve. 24 illesztıpont jelölésére és mérésére került sor (1. melléklet: Repülési terv). Az illesztıpontok az L1 SZABÁLYZAT 14. sz. melléklete 5. mintája szerint kerültek kialakításra. Az illesztıpontok mérése 2007. július 13-án történt meg. A mérés során Leica GPS1200 RTK geodéziai GPS vevıt használtunk a soproni SPRN nevő bázisállomással (lásd 3. ábra). A mérések eredményét utólagosan is feldolgoztuk, és a tájékozásban már ezeket a koordinátákat használtuk. 3. ábra: Egy lejelölt illesztıpont és annak GPS-es mérése
A légifényképezésre 2007. július 15-én, vasárnap került sor, 9:10 és 9:50 óra között. A viszonylag korai felvételezési idıpont egy kicsit hosszabb árnyékokat eredményezett, de ennek ellenére is elmondható, hogy az anyag minısége jó. Ortofotó-elıállítás A felvételek tájékozása a DigiTerra Map v3 program tömbkiegyenlítı moduljában történt. A tájékozáshoz nagy segítséget nyújtottak a navigációs adatok. A felvételek tájékozását nagy geometriai pontossággal sikerült megvalósítani. A tájékozás átlagos hibája 0,17 pixel (0,051 m), maximális hibája 0,54 pixel (0,162 m) lett. 4. ábra: Egy lejelölt illesztıpont mérése a tömbkiegyenlítés során A felvételek ortorektifikálásakor az UltraCamD OPC szoftverével elıállított, 8 bites, élesített, 4 sávos felvételeket használtuk. Az ortorektifikálás során a domborzatos parti területen az 1:10000-es Gauss-Krüger térképek magassági ábrázolásából korábban elıállított digitális domborzatmodellt alkalmaztunk (Márkus I. Bácsatyai L. Barta D. Konkolyné Gyuro É. Király G. Czimber K. (1999)). A nádasok minısítése és osztályozása A nádas osztályok azonosítására és lehatárolására a terepi adatgyőjtéssel támogatott vizuális interpretáció módszerét alkalmaztuk. Az interpretációt az ArcView 3.2 program alatt, a számítógép monitorján megjelenített, Egységes Országos Vetületbe transzformált színes és infraszínes ortofotó-mozaikokon végeztük on-screen (képernyı) digitalizálással. Az azonos képi megjelenéső, vélhetıen azonos osztályba tartozó nádas foltokat körülrajzoltuk, majd a poligonos fedvény attribútum táblájába is beírtuk az azonosító adatokat (kód, osztály neve). A poligonok területét és kerületét a program számolja.
Az interpretációhoz felhasználható információk a minta képi megjelenése, színe, árnyalata, tónusa és a képi finomszerkezet. Gondosan ki kell választani az egyes osztályokra legjellemzıbb mintapontokat. Elemezni, majd kivonni az osztály azonosítására felhasználható képi információkat, és ehhez hozzárendelni a terepi mintavételezésbıl származó adatokat és egyéb szakismereteket. Fotóinterpretációs kulcsokat kell készíteni, amelyek a minta légifénykép kivágatából (röviden: képkivágat), helyszínen készített fényképbıl és szöveges leírásból állnak (lásd 2. melléklet: Fotointerpretációs mintakulcsok). További kiegészítı információk a vizsgált terület elhelyezkedése a tómederben, és további más forrásból (térképek, korábbi kutatások eredménye, stb.) származó ismeretek. A nádasok osztályozásában a terület mozaikossága nehéz feladat elé állítja a kiértékelı személyt. Az egyes nádas osztályok elhatárolásához a képi finomszerkezet legalább olyan fontos, mint a képi szín. A nagy felbontású ortofotókon jól tanulmányozható a nádas záródása, mozaikossága, az állományhézagok, lyukak, üres foltok hiánya vagy megléte. Ezek az osztályba sorolás legfontosabb kritériumai. A kiértékelés pontossága tekintetében a tematikus és a geometriai pontosságot kell említeni. A tematikus pontosságról a fentiekben már szóltunk. A geometriai pontosságot alapvetıen befolyásolja a rendelkezésre álló ortofotó felbontása (pixelméret: 30 x 30 cm) és térképi vetületbe illesztése, amely esetünkben ±5,1 cm középhibával jellemezhetı, tehát minden más korábbi térképészeti vagy távérzékelési alapanyagnál pontosabb. A kiértékelés során az ortofotó a monitoron tetszıleges méretarányban megjeleníthetı. 1 : 1 000 és 1 : 5 000 közötti méretarányban végeztük a kiértékelést. Ez a korábbi munkákkal összehasonlítva pontosabb kiértékelést tesz lehetıvé. A kép áttekintésére az 1 : 5 000-10 000 méretarányt, a nádas interpretációhoz az 1 : 2 000 méretarányt használtuk. A tóhatár, a belsı tavak határa és egyéb vonalas szerkezetek (csatornák, vízitelepi létesítmények, stb.) kiértékelése 1 : 1000 méretarányban történt. Ez a határvonalak, vonalas szerkezetek esetében mintegy 0,5 m geometriai pontosságot biztosított. Az ilyen módon elıállított térkép a 3. mellékletben található. A térkép alapján készült területkimutatást pedig az alábbi táblázat tartalmazza (2. táblázat). 2. táblázat: A Fertı tó 2007. évi nádas térképén elhatárolt nádas osztályok területe OSZTÁLY POLIGO- NOK TERÜLET (ha) ÖSSZES TERÜLET (%) NÁDAS TERÜLE T (%) I.A Homogén, zárt nádasok 70 410,54 5,46 6,98 II.A Homogén, fellazuló nádasok 250 920,76 12,24 15,65 III.A Kiritkuló, elöregedı nádasok 251 2649,33 35,21 45,02 IV.A Kiritkult, degradálódó nádasok 385 1101,02 14,63 18,71 V.A Degradált nádasok, tarfoltok 324 803,06 10,67 13,65 "A" Nádas osztályok összesen 1280 5884,71 78,22 100,00 I.B Természetes magassásosok 24 237,62 3,16 II.B Gyomosodó magassásosok 25 102,05 1,36 III.B Gyomos magassásosok 19 20,63 0,27 IV.B Gyomok uralta kiszáradó területek 31 12,60 0,17 V.B Ligetesedı, kiszáradó területek 32 32,53 0,43 "B" Nádas magassásos, láprét osztályok 131 405,43 5,39 Nádas osztályok összesen 1411 6290,14 83,60 Vízfelület összesen 115 1195,27 15,89 Feltöltés, töltések 10 38,29 0,51 Fertı tó összesen 1536 7523,70 100,00
A nádasosztály-térképet lehetıség van a képi anyag digitális képosztályozásával is elıállítani. Erre ezen képanyag feldolgozása során nem került sor, azonban korábban megtettük. Akkor Landsat ETM+ őrfelvtelbıl állítottuk elı a vegetációs indexet (NDVI), majd ez alapján végeztük el az osztályozást úgy, hogy az öt osztályt elıállítottuk, azonban ezzel a módszerrel az A és B osztályok elkülönítése nem volt megbízható (lásd 5. ábra). 5. ábra: Őrfelvétel osztályozásával készült nádastérkép Mellékletek 1. melléklet: Repülési terv 2. melléklet: Fotointerpretációs mintakulcsok 3. melléklet: A Fertı tó nádas térképe Hivatkozások Márkus I. Csapody I. Takáts T. Pirger Z. (1984): A Fertı-tó Bioszféra Rezervátum vizsgálata a fotóértelmezés módszerével. I. A Fertı-tó nádasainak vizsgálata, nádvegetációs térkép készítése. Kutatási jelentés. EFE, Sopron. Márkus I. Bácsatyai L. Barta D. Konkolyné Gyuro É. Király G. Czimber K. (1999): Development of GIS of Fertı-Hanság National Park and Szigetköz Land Protection District. Final Report. Trilaterális Phare CBC Ausztria-Magyarország Szlovákia 1995 Program. p. 32. Márkus I. Dinka M. Király G. Márkus A. (1999): A Fertı tavi nádasok felmérése és minısítése. ÉDU-VIZIG. Kutatási Jelentés, Sopron, p. 44 Márkus I. Király G. Börcsök Z. (2008): A Fertı tó magyarországi nádasainak minısítése és osztályozása. A 2007. évi jelentés 2008-ban átdolgozott és bıvített változata. EcoMap BT. 2008. október, Sopron. p. 52