Tájtervezési és Területfejlesztési Tanszék AngyalZÖLD stratégia beszámolójához kapcsolódó Zöldfelületi elemzés Zöldfelület intenzitás állapota és változása 2010-2013 időszakban, Budapest XIII. kerület Zöldfelületi borítottság és változás-vizsgálat multispektrális űrfelvételek alapján Készítette: Jombach Sándor Megrendelő: Budapest Főváros XIII. kerületi Önkormányzat XIII. kerületi Közszolgáltató ZRt. Budapest, 2014. július 1. 1
Kutatási előzmények A Budapesti Corvinus Egyetem (BCE) Tájtervezési és Területfejlesztési Tanszéke több éves zöldfelület-intenzitás adatbázis-fejlesztési és elemzései tapasztalattal rendelkezik a Budapesti Agglomerációban és Budapesten. Budapest XIII. kerülete dinamikus fejlődő kerület, melyben a zöldfelületek monitorozása indokolt feladat. A kerületben a Budapest Főváros XIII. Kerületi Önkormányzat XIII. Kerületi Közszolgáltató Zrt. megbízásából végeztük a 2010-2013 időszakra zöldfelület-vizsgálatot és elemzést űrfelvételek, és infra ortofotók térinformatikai feldolgozásával. A Zöldfelület-intenzitás elemzési módszerének ismertetése Számos módszer létezik és használatos a zöldfelületek felmérésére és elemzésére. Ezek egyike a Zöldfelület Intenzitás (ZFI) számítás, mely űrfelvételek és légifelvételek kombinált feldolgozásával végzi a zöldfelület térképezését és térinformatikai elemzését, értékelését. A módszer kifejezetten térségi vagy települési szinteken történő hasznosításra került kifejlesztésre, de alkalmazható településrészek, sőt egyes tömbök zöldfelületi intenzitásának jellemzésére is. Az űrfelvételek és ortofotók feldolgozásával készített adatbázis a zöldfelület kiterjedéséről és állapotáról szolgáltat információt azzal, hogy megmutatja milyen arányú a zöldfelület intenzitása, (borítottság és vitalitás egyben) egy adott területen. A Zöldfelület-intenzitás elemzésének előzményei A települési és térségi szintű zöldfelület-elemzés űrfelvétel alapú módszerének kifejlesztése és első alkalmazása a Studio Metropolitana Kht, a Zöldfa Kft, és a Budapesti Corvinus Egyetem Tájtervezési és Területfejlesztési Tanszékének együttműködése eredményeként valósult meg 2006-ban. A módszer alapja a természeti erőforrás-kutatásban, erdőgazdaságban, mezőgazdaságban évtizedek óta használatos NDVI zöldfelületi index volt, melynek települési lakott területekre történő használata csak az utóbbi években terjedt el számottevően. A zöldfelület-intenzitás első hazai módszerének kifejlesztését a Pro Verde! projekt [1] hívta életre, mely többek között a főváros területére és annak várostervezési zónáira kiterjedően kívánt zöldfelületi mérleget vonni. Ez utóbbi indokolta a képfeldolgozási és térinformatikai hasznosítást, így a Pro Verde! megalapozó tanulmányaként készült el a fővárosról és agglomerációjáról szóló zöldfelületi elemzési tanulmány [2], mely elsőként alkalmazta az NDVI alapú úgynevezett elméleti zöldfelület-számítási módszert. Korábbi zöldfelület-térképezési és elemzési munkák számos tapasztalattal gazdagították a felmérést, mert vagy térinformatikai vizuális képértelmezési, képinterpretációs tevékenységükkel [3], vagy zöldfelületi arány és biológiailag aktív felületek kulcsszavak használatával [4] nyújtottak támpontokat az NDVI vegetációs index alkalmazásához. Az NDVI index a vegetáció felszínének biológiai aktivitását mutatja ki, ezért a módszerről készülő publikációk 2006-ban és 2007-ben még a zöldfelület biológiai aktivitása címszóval 2
kerültek nyomdába [5, 6, 7]. Mivel ezzel egy időben elkészült a területek biológiai aktivitásértékének számításáról szóló ÖTM rendelet [8], ezért a későbbiek során célszerűbbé vált egy ettől eltérő ám a módszer lényegét talán jobban visszaadó zöldfelület intenzitás kulcsszó bevezetése és használata [9]. A zöldfelület Intenzitás fogalma A zöldfelületnek fontos ökológiai, ökonómiai, esztétikai és társadalmi szerepe van a településeken. A zöldfelületeken számos funkció érvényesül, többféle területhasználat, épített elem is jelen van, továbbá a zöldfelület kiemelt jóléti, egészségügyi, környezetvédelmi, jelentősége is számottevő lakókörnyezetünk közelében. Ezért a tervezés és kezelés során a zöldfelület területi arányát és egészségi állapotát, valamint ezek térbeli eltéréseit és időbeli változásait érdemes figyelembe venni. Ezt célozzák a zöldfelület intenzitás (ZFI) térképezésének és elemzésének módszerei. A ZFI módszer a távérzékelési gyakorlatban a vegetáció biológiai aktivitásának kimutatására használt NDVI indexre épül. Az NDVI egy űrfelvételek zöldfelületi kiértékeléséhez, elemzéséhez használt számítási képlet [10]. Alkalmazásával a vörös és közeli infravörös hullámhossztartományában a műholdfelvételen rögzített sugárzás sajátosságai alapján egy eredménytérképet készít, mely a zöldfelület biológiai aktivitásától és jelenlétének mértékétől függően különböző értékeket vesz fel -1 és +1 közötti tartományban. Ezeket a számértékeket hasznosítja és dolgozza fel a zöldfelület intenzitás módszere. A módszer épp annak érdekében született, hogy eredményeként a települési, kerületi szintű zöldfelület jelenlétét és állapotát egyetlen összesített értékkel kifejezze, ezáltal hozzájáruljon különböző településrészek zöldfelületi jellemzéséhez. A zöldfelület intenzitás nem foglalkozik a növényállomány szintezettségével, az egyedek fajával, fajtájával, életformájával vagy életkorával, mindössze az egészséges növénytakaró jelenlétét mutatja ki. A zöldfelület intenzitás megmutatja, hogy mekkora az adott területrészre (tájrészletre, településrészre) eső zöldfelület területi kiterjedésének aránya, és egészségi állapotának értéke. A ZFI egy olyan számérték a zöldfelület intenzitás adatbázisban, mely jellemzi a zöldfelület intenzitását (területi arány és egészségi állapot egyben) a lehatárolt területegységekben, vagy területtípusokban. A Zöldfelület-intenzitás elemzés folyamata A XIII. kerület zöldfelület-intenzitás elemzése a 2010 szeptemberében a Budapesti Corvinus Egyetem Tájépítészeti Karán a TÁMOP projekt keretében megkezdődött kutatás eredményeit hasznosítja. A Budapestre és az Agglomerációra elkészített zöldfelület intenzitás térképi adatbázist elkészítettük a 2010-es időpontra és kiegészítettük 2005-ös időpont adataival a változásvizsgálat érdekében. A ZFI számítás folyamata az űrfelvétel feldolgozásától a zöldfelület intenzitás adatbázis előállításáig, szükség esetén a változás-adatbázis elkészítéséig tartott (1. ábra). 3
1. ábra. A Zöldfelület Intenzitás (ZFI) módszer lépései A kutatás LandsatTM5 felvételek Landsat 8 felvételek és kiegészítésképpen infravörös tartományban rögzített ortofotók (FÖMI) feldolgozására alapozott. A felvételek egymással történő összevethetősége érdekében szükséges radiometriai korrekciót Teillet és Cihlar által leírt relatív statisztikai alapú korrekciós eljárás Kristóf által módosított változata helyett [12] ezúttal a rendelkezésre álló igen nagyfelbontású infravörös ortofotókhoz történő igazítással készíttettük el. Az űrfelvételek geometriai korrekción estek át, melynek pontosságát szintén ortofotókkal történő vizuális összevetéssel határoztuk meg, a geometriai hiba mértéke átlagosan kisebb, mint egy képpont oldalszélességének a fele (15m). Ez a korrekció az eltérő páratartalomból és levegőszennyezettségből eredő különbségeket jórészt semlegesíti a felvételeken. Az időjárási zavaró elemek (felhők, ködös, vagy beazonosíthatóan nagy páratartalmú részek más közeli időpontban készült felvételből kerültek helyettesítésre, akárcsak egyéb olyan területeken ahol a felvételt készítő érzékelő hibás adatokat rögzített. 4
A 2014 május-júniusban végzett zöldfelület-intenzitás elemzés lépései A zöldfelület-intenzitás elemzése alapvetően négy nagyobb lépésből áll. 1. Landsat űrfelvételek elő-feldolgozása, hibakorrekciók 1.1. Elérhető felvételek áttekintése 1.2. Alkalmas felvételek évenként kiválasztása (Landsat TM5 2010.06.12. 2010. 7. 14., 2011. 7. 17. ill. 2013. 5. 19., 2013. 7. 22., 2013. 8. 7. időpontokból) 1.3. A felvételek kivágása a vizsgálati területre 1.4. Területi kiterjedésnek megfelelő kiegészítés egyéb felvételekkel, kiegészítő infra ortofotók beszerzése a vizsgálati terület mintaterületeire (Infra Ortofotó 2010 és 2013 FÖMI) 1.5. Az apró pontszerű hibák és zavaró időjárási, légköri jelenségek (felhők) kiszűrése helyettesítése más felvétel adattartalmával 2. NDVI elemzés 2.1. NDVI elemzés végrehajtása valamennyi felvételre 2.2. Az NDVI adatok átlagolása 2.3. Az NDVI elemzések geometriai korrekciójának javítása 2.4. A felvételek adattartalmának újra-mintavételezése a térképes változásvizsgálathoz 2.5. A nagyfelbontású infravörös ortofotók alapján történő zöldfelület-intenzitás szélsőértékek meghatározása. 2.6. NDVI elemzés ellenőrzése orthofotó alapú mintaterületi ellenőrzések mentén 2.7. NDVI elemzés korrekciója a mintaterületi ellenőrzések eredményeinek figyelembe-vételével 2.8. NDVI térképi adatbázis előállítása 3. Zöldfelület-intenzitás (ZFI) számítás 3.1. NDVI értékek ZFI értékké alakítása több lépésben 3.2. Mintaterületi ellenőrzés 3.3. Zöldfelület-intenzitás érték értelmezése, leválogatása, elemzése 3.4. Változás-számítás 3.5. Zöldfelület-intenzitás változások értelmezése, leválogatása, elemzése 3.6. Formátummódosítások (raszter, pont, sokszög) ZFI adatbázisok előállítása A második lépésben a korrigált űrfelvételekből elkészült a vegetációs index alapú elemzéssel az NDVI térkép. Az NDVI betűszó a Normalised Difference Vegetation Index kifejezés rövidítése. Az index képlete: (NIR R) / (NIR + R), melyben NIR (Near infrared) a közeli infravörös, a R (Red) a vörös hullámhossztartományban rögzített sugárzási értékeket rövidíti [13]. Miután a közeli vörös hullámhossztartományban érkező fény elnyelődik a növények levélzetében, de a közeli infravörös tartományban érkező sugárzás jórészt visszaverődik a levelek felületéről ezért erre a két jól behatárolható tartományra koncentrál a függvény is [14]. Az elemzés eredményeképpen egy olyan, az űrfelvétel rácshálójába mintavételezett térkép, tulajdonképpen térképi adatbázis jön létre, melynek értékei a zöldfelület biológiai aktivitásáról szolgáltatnak információt. A nullánál alacsonyabb értékek rendkívül alacsony biológiai aktivitásról, míg a 0,5 feletti értékek összefüggő dús zöldfelületről tanúskodnak (2. ábra). 5
A módszer az első 2006-os kezdetleges alkalmazást követően számos tekintetben megújult, teszteken és mintaterületi ellenőrzéseken finomodott. A 2014. február-márciusában végzett kutatáshoz képest is [15] történtek korrekciók. A módszer 2014. júniusi alkalmazása során első alkalommal kerültek kiküszöbölésre olyan potenciális hibaforrások, mint: - az egy időpillanat felvétele által okozott pillanatfelvétel effektus (A 2014. júniusi kutatásban már három felvétel reprezentálja egy év zöldfelületi állapotát), - az automatikus korrekciós módszer (MNSK) lassú zöldfelület-növekedési tendenciát is kiszűrő hatása (Az automatikus módszert ezúttal az empirikus módszer váltotta ki mely a valódi infra ortofotókon látható zöldfelületi borításhoz igazítja az űrfelvételt), - a kedvezőtlen referencia-felvétel alkalmazása (Az 1990. 07. 21.-én rögzített, évekig referenciaként használt felvétel sok geometriai és mintavételezési hibával volt terhelt), - a vetületi rendszer módosítás torzító hatása (Most nem történt vetületi-rendszer váltás) - az újra-mintavételezés torzító hatása (Ezúttal nem történt újra-mintavételezés a típusok és a területi egységek zöldfelület-intenzitásának meghatározása során. A kedvező térképi megjelenítéshez az újra-mintavételezés elkerülhetetlen.) - a cellaméret-módosítás torzító hatásai (Ezúttal nem történt cellaméret módosítás a típusok és a területi egységek zöldfelület-intenzitásának meghatározása során. A kedvező érképes megjelenítéshez az a cellaméret módosítás elkerülhetetlen.). 2. ábra. A zöldfelület intenzitás térkép jelkulcsa és magyarázata 6
A ZFI adatbázis mind kép formában vagy raszteres adatbázisként, mind polygon, mind pont formátumban rendelkezésre áll. Azokat a főként mezőgazdasági területeket, melyeken a rendszeres művelés (szántás, vetés, aratás, kaszálás stb), vagy a csapadékvíz gyepet üdítő hatása azt eredményezheti, hogy a zöldfelület intenzitása egy éven belül egyik hónapról a másikra is jelentősen változik, érdemes egy rájuk átlagosan jellemző zöldfelület intenzitás értékekkel helyettesíteni. Ezek lehatárolására 2010. évi ZFI adatbázisban Budapest területére a CLC50 2000. évi adatbázis [16] felújításával a 2010-es infravörös ortofotó, valamint további évek ortofotói és űrfelvételei alapján történő felújításával külön mezőgazdasági fedvény készült. Javasolt zöldfelületi intenzitás értékek korábbi általános tapasztalatokon és zöldfelületi érték becslésen alapulnak. Az ilyen területek zöldfelületi intenzitás értékének minden számításban külön kell megjelennie, és a lehatárolt területüknek a térképen külön folttal feltüntetésre kell kerülniük. 7
1. táblázat Zöldfelület-intenzitás változása 2010 és 2013 között Budapest XIII. kerületében 2010 2013 Változás (2010-2013) XIII Kerület (Dunával, szigetekkel) XIII Kerület (Duna nélkül, szigetekkel) XIII Kerület (Duna és Margit sziget nélkül) XIII Kerület szárazföld (Duna és szigetek nélkül) XIII Kerület kerületrészenként 8
2. táblázat Zöldfelület-intenzitás változása 2010 és 2013 között kerületrészenként 2010 2013 Változás (2010-2013) XIII Kerület (Dunával, szigetekkel) 33,8 35,9 +2,1 XIII Kerület (Duna nélkül, szigetekkel) 38,9 41,4 +2,5 XIII Kerület (Duna és Margit-sziget nélkül) 35,1 37,8 +2,7 XIII Kerület szárazföld (Duna és szigetek nélkül) 34 36,6 +2,6 XIII Kerület kerületrészenként: Belső-Angyalföld 30 33 +3,3 Északi lakótelep 61 58-2,9 Keleti vegyes beépítésű terület 33 35 +2,4 Kertváros 51 50-1,1 Középső-Angyalföld 28 31 +3 Margitsziget 79 81 +1,2 Népsziget 74 78 +4,6 Újlipótváros 18 19 +1 Váci út menti funkcióváltó terület 35 41 +6,5 Vizafogó 38 41 +2,9 3. táblázat Zöldfelület-intenzitás változása 2010 és 2013 között kerületrészenként 2010 2013 2010-2013 változás 9
4.a. táblázat Zöldfelület-típusok zöldfelület-intenzitásának állapota és változása (%) Kerületi úthálózat 2010 2013 2010-2013 32,8 34,5 +1,7 Fővárosi utak 13,4 13,7 +0,3 Fővárosi parkok 70,8 73,0 +2,2 Sétányok 41,1 42,9 +1,9 10
4.b. táblázat Zöldfelület-típusok zöldfelület-intenzitásának állapota és változása (%) Közparkok 2010 2013 2005-2010 64,6 70,8 +6,2 Közhasználatú intézménykertek 39,0 46,1 +7,2 Lakótelep (alacsony) 63,3 60,8-2,5 Lakótelep (magas) 54,7 55,6 +0,9 11
5.c. táblázat Zöldfelület-típusok zöldfelület-intenzitásának állapota és változása Típus zöldfelületintenzitása (%) Típus zöldfelületintenzitása (%) Típus zöldfelületintenzitás változása (%) 2010 2013 2010-2013 Kerületi úthálózat 32,8 34,5 +1,7 Fővárosi utak 13,4 13,7 +0,3 Fővárosi parkok 70,8 73,0 +2,2 Sétányok 41,1 42,9 +1,9 Közparkok 64,6 70,8 +6,2 Közhasználatú intézménykertek 39,0 46,1 +7,2 Lakótelep (alacsony) 63,3 60,8-2,5 Lakótelep (magas) 54,7 55,6 +0,9 Egyéb (telkek) 31,3 34,8 +3,6 Típus területe (m2) Típus zöldfelülete (m2) Típus zöldfelülete (m2) Típus zöldfelületváltozása (m2) 2010 2013 2010-2013 Kerületi úthálózat 1 844 816 605 147 636 589 +31 442 Fővárosi utak 495 050 66 244 67 907 +1 663 Fővárosi parkok 123 844 87 633 90 352 +2 719 Sétányok 164 777 67 643 70 706 +3 062 Közparkok 210 583 135 976 149 033 +13 057 Közhasználatú intézménykertek 10 469 4 078 4 828 +750 Lakótelep (alacsony) 289 419 183 248 176 016-7 232 Lakótelep (magas) 382 133 209 020 212 452 +3 432 Egyéb (telkek) 6 692 222 2 091 975 2 331 811 +239 835 Típus területe (ha) Típus zöldfelülete (ha) Típus zöldfelülete (ha) Típus zöldfelületváltozása (ha) 2010 2013 2010-2013 Kerületi úthálózat 184,5 60,5 63,7 +3,1 Fővárosi utak 49,5 6,6 6,8 +0,2 Fővárosi parkok 12,4 8,8 9,0 +0,3 Sétányok 16,5 6,8 7,1 +0,3 Közparkok 21,1 13,6 14,9 +1,3 Közhasználatú intézménykertek 1,0 0,4 0,5 +0,1 Lakótelep (alacsony) 28,9 18,3 17,6-0,7 Lakótelep (magas) 38,2 20,9 21,2 +0,3 Egyéb (telkek) 669,2 209,2 233,2 +24,0 12
3. ábra Referenciaként használt Infra ortofotó 2010. (Copyright FÖMI) 13
4. ábra Zöldfelület-intenzitás 2010 (%) 14
5. ábra Zöldfelület-intenzitás 2013 (%) Irodalomjegyzék 15
[1] Studio Metropolitana 2006: Pro Verde! Budapest Zöldfelületi Rendszerének Fejlesztési Koncepciója és Programja (egyeztetett dokumentáció) Studio Metropolitana Urbanisztiaki Kutató Központ Kht. Budapest, Gábor Péter szerk. [2] Studio Metropolitana 2006: A zöldfelületi rendszer állapota és változása Budapest éa Budapesti Agglomeráció területén 1990-2005, Studio Metropolitana Urbanisztiaki Kutató Központ Kht. Budapest [3] Ökoplan Kft 1994: Budapest Digitális Zöldfelületi Kataszter, Budapest Főváros Főpolgármesteri Hivatala Környezetvédelmi Ügyosztálya, Budapest [4] M. Szilágyi Kinga 1993: Település zöldfelületi rendszerének vizsgálati és értékelési módszerei, Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem, Kert és Településépítészeti Tanszék, Budapest, Kandidátusi értekezés [5] Gábor Péter, Jombach Sándor, Ongjerth Richárd 2006: Budapest zöldfelületi állapotfelmérése űrfelvételek feldolgozásával, 4D Tájépítészeti és Kertművészeti Folyóirat, Budapesti Corvinus Egyetem, Tájépítészeti Kar, Budapest, 4. szám, pp.15-22. [6] Gábor Péter, Jombach Sándor, Ongjerth Richárd 2007: A biológiai aktivitás változása Budapesten és a Budapesti Agglomerációban 1990 és 2005 között, 4D Tájépítészeti és Kertművészeti Folyóirat, Budapesti Corvinus Egyetem, Tájépítészeti Kar, Budapest, 5. szám, pp.21-28. [7] Sandor Jombach, 2007: Landsat image utilisation in Green Surface intensity Survey of Budapest, microcad 2007 International Scientific Conference, Miskolci Egyetem Innovációs és Technológia Transzfer Centruma, Miskolc, pp 105-110 [8] 9/2007. (IV. 3.) ÖTM rendelet: a területek biológiai aktivitásértékének számításáról [9] Gábor Péter, Jombach Sándor 2008: Zöldfelület Intenzitás és a városi hősziget jelenségének összefüggései Budapesten, Falu Város Régió, Budapest, 2008/1. szám Váti Kht. pp 31-36 [10] Paul J. Gibson, Clare H. Power, 2000: Indroductory Remote Sensing Digital Image Processing and Applications, Routledge, London, 2000, pp117-118. [11] 2010 július 14.-én készült Landsat TM5 műholdfelvétel (forrás: USGS, Egyesült Államok Geológiai Szolgálat) [12] Kristóf Dániel 2005: Távérzékelési módszerek a környezetgazdálkodásban, Szent István Egyetem, Környezet és Tájgazdálkodási Intézet, Gödöllő, doktori PhD értekezés [13] Paul M. Mather, 2005: Computer Processing of Remotely-Sensed Images, An introduction, John Wiley and Sons, Hoboken, New Jersey, pp 142-144 [14] Gottfried Konecny 2003: Geoinformation, Remote sensing, Photogrammetry and Geographic Information Systems, Taylor and Francis, London and New York, pp. 22 [15] Jombach Sándor (2014): Zöldfelület intenzitás állapota és változása 2005 2010 időszakban, Budapest XIII. kerület. AngyalZÖLD stratégia beszámolójához kapcsolódó Zöldfelületi elemzés, Budapesti Corvinus Egyetem, Tájtervezési és Területfejlesztési Tanszék, Budapest. [16] CLC 50-es adatbázis: CORINE Feszínborítási Adatbázis 2000. (forrás: FÖMI) [17] Jombach Sándor (2012): Térségi vagy települési szintű zöldfelület-intenzitás távérzékelési elemzésének módszere. 4D: Tájépítészeti és Kertművészeti Folyóirat Különszám, 219-232. 16