DEBRECENI EGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI ÉS TECHNOLÓGIAI KAR TERMÉSZETFÖLDRAJZI ÉS GEOINFORMATIKAI TANSZÉK A H O L T - T E N G E R F E L T Ö L TİDÉSÉNEK V I Z S G Á L A T A G E O I N F O R M A T I K A I M Ó D S Z E R E K K E L - Őrfelvételek alkalmazása a geográfiában c. tantárgyhoz - Készítette: BERTALAN LÁSZLÓ Földrajz BSc. III. évfolyam Geoinformatikai szakirány Debrecen, 2009. december
I. BEVEZETÉS: Dolgozatom célja a Holt-tenger feltöltıdésének vizsgálata, a gyakorlatokon alkalmazott geoinformatikai szoftverek segítségével. Dolgozatom elkészítéséhez alkalmazott tudományág a Távérzékelés, mely a napjainkban 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). 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. I.1. A kiválasztott mintaterület: A mintaterületem a Holt-tenger és a közvetlen környezete (a környezetében lévı területhasználattal nem foglalkoztam). Tulajdonképpen egy lefolyástalan tó, Izrael, Jordánia és Ciszjordánia határán a Jordán-árokban. Ez a terület Földünk egyik legmélyebb pontja. A Jordán-folyó táplálja vizével, viszont a folyóból óriási mennyiségő a vízkivétel. A víznek pedig jelentıs a só-koncentrációja, amit óriási lepárló-telepekkel hasznosítanak. Mindezek hatására a Holt-tenger víztükrének mérete fokozatosan csökken. Ennek a mértékét fogom vizsgálni. 1. ábra.: a mintaterületem Google Earth szoftverben - 2 -
I.2. A felhasznált őrfelvételek alkalmazott szoftverek: A feladat elvégzéséhez a mintaterületet három idıpontban készült őrfelvétel segítségével vizsgáltam. Mindhárom felvételt UTM vetületbe transzformálva töltöttem le a GLCF 1 (Global Land Cover Facility) adatbázisról. Mindegyik felvételt a Landsat amerikai erıforráskutató-mőholdcsalád egyik tagja készítette, viszont különbözı érzékelık segítségével. Felvélteleim: - 1973. Landsat-1 MSS - 1987. Landsat-5 TM - 2000. Landsat-7 ETM+ 1972 júliusában ERTS néven állították pályára az elsı mőholdat a sorozatból a NASA irányítása mellett, majd 1975-ben nevezték el Landsat-re. MSS (Multispectral Scanner): a földfelszín 185 km-es szeletét vizsgálta négy hullámhossz-tartományban, két látható- és két infravörös tartományban. A Landsat 3 kiegészült még egy termális-infravörös sávval, ami a földfelszín kisugárzásait észlelte. Felbontás kb. 80 m volt. A rendszer alapja egy oszcilláló tükör volt, ami minden 33 msec alatt egy oszcillálást végzett. TM (Thematic Mapper): hat spektrális csatorna 30 méteres felbontással a látható, valamint a közeli és középsı infravörös tartományokban. Egy csatorna a termális sávban üzemel, ennek felbontása 120m. ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus): rögzített helyő, nadír irányú, légycsapó (whisk-broom) rendszerő multispektrális pásztázó radiométer, mellyel nagy felbontású képi információkat győjthetünk a Föld felszínérıl. A TM sávokat az ETM+ rendszerben kiegészítették egy 15 m felbontású, pankromatikus sávval (0,52-0,9 mm), a termális infravörös sáv felbontása 60 m-re javult. A Landsat-7 mind a 8 sávban készített felvételeket, mígnem 2003-ban az SLC meghibásodása miatt, így azóta SLC-off módban készít képeket. A vizsgálatok elvégzéséhez az Clark Labs IDRISI32; Clark Labs IDRISI 15.0 The Andes Edition; ESRI Arcview 3.2 és ESRI ArcInfo 9.3 ArcMap szoftvereket alkalmaztam, amelyek a raszteres és vektoros elemzések vezetı szoftverei. 1 http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp - 3 -
II. Vizuális vizsgálat - Kompozit-készítés Mivel mindegyik felvétel több-csatornás, ezért vizuális vizsgálatuk leginkább kompozit-képek készítésével volt a legkönnyebb. Ha három csatorna szürkeárnyalatos színeit azaz az adott képpont értékének megfeleltetett színt lecseréljük a kék, a zöld és a piros különbözı intenzitású színeire, majd összeadjuk a felvételeket, akkor hamisszínes kompozitot kapunk. Az elkészült képek a továbbiakban vizuálisan és digitálisan is értékelhetık. Mindegyik felvételnél számos variációt készítettem, végül kiválasztottam az általam megfelelınek tartott változatot. Végül kivágatokat készítettem, hogy csak a Holt-tenger közvetlen területét vizsgálhassam a nagy mennyiségő felesleges pixel helyett. 1973 L1 MSS 1987 L5 TM 2000 L7 ETM+ 2. ábra.: A Holt-tenger különbözı kompozitkivágatokon az adott idıpontokban A képeken egyértelmően kirajzolódnak a változások. A második képen az elsıhöz képest elszakad az északi- és a déli-medence. A második és harmadik képen fokozatosan megfigyelhetı a déli-medence sólepárló-telepeinek méretbeli növekedése. A harmadik képen az északi-medence nyugati oldalán beljebb került a partvonal, valamint nagyszerően kivehetı, hogy a Jordán-folyó beömlésétıl egy észak-déli irányú hordalék-lerakódás is ki fog alakulni ugyanis már teljesen más reflektancia-értékkel szerepel az a folt a víz alatt. - 4 -
III. Szoftveres vizsgálat A vizsgálat elsı részében az ellenırzött osztályba sorolás (supervised classification) módszerét alkalmaztam. Az ellenırzött osztályba sorolás egyik fı lépéseként tanulóterületeket jelöltem ki a vizsgált kompozitokon, ezáltal a saját kategóriáimhoz rendeltettem hozzá az egyes pixelértékeket a szoftver segítségével. Ezáltal a saját elképzelésemben szereplı Tenger, Sólepárlás, Felszín1, Felszín2 (a területhasználati kategóriákat jelen esetben figyelmen kívül hagytam) kategóriákkal próbálom majd az osztályba sorolást elvégezni. A tanulóterületek kijelölése után megvizsgáltam, hogy a tanulóterületek milyen eloszlásban fedik a pixelértékeket a rendelkezésemre álló 7 csatornán (SIGCOMP). 3. ábra: az L5- TM felvétel Signature Comparison diagramja Az ábráról megfigyelhetı, hogy számos átfedés van az egyes pixelértékek között a kategóriákban. Fıleg a 6-os csatornán van markáns egybeesés. Emiatt sajnos pontatlanná válhatnak bizonyos helyzetekben az eredményeim. A vizsgálat következı lépéseiben a Maximum Likelihood (legnagyobb valószínőség) módszerrel végeztem ellenırzött osztályba sorolást. Majd az eredményeket az apró képpontok elkerülése végett Mode Filter(Módusz-szőrı) segítségével 5x5-ös Filter Size beállításokon alakítottam. Az így kapott képekhez saját Palette File-t készítettem, hogy a kinézet nagyjából tükrözze a természetes viszonyokat. Az eredményeket a 4. ábra szemlélteti. - 5 -
1973 L1- MSS 1987 L5- TM 2000 L7- ETM+ 4. ábra.: a Maxlikeeljárás végeredményei - 6 -
Ezt követıen a változás számszerősítéseképpen kiszámoltattam a tenger vízfelületének és a többi kategória területét a pixelszámok alapján. (GIS Analysis \ Database Query \ AREA). Az eredmények a következık: 1973. Landsat-1 MSS CategorySquare Kilometers Legend 1 776.5922250 Tenger 2 221.5882980 Sólepárlás 3 1298.2841550 Felszín1 4 965.3233860 Felszín2 1987. Landsat-5 TM CategorySquare Kilometers Legend 1 651.3538343 Tenger 2 271.3313003 Sólepárlás 3 2331.7569405 Felszín1 4 191.6861265 Felszín2 2000. Landsat-7 ETM+ CategorySquare Kilometers Legend 1 628.3208610 Tenger 2 213.9190335 Sólepárlás 3 2413.3799430 Felszín1 4 206.3228715 Felszín2 2500,0000 2000,0000 km 2 1500,0000 1000,0000 500,0000 MSS TM ETM+ 0,0000 Tenger Sólepárlás Felszín1 Felszín2 Kategóriák 5. ábra.: a kapott területadatok grafikonon ábrázolva - 7 -
Számomra azonban nem ilyen ábra a lényeges, hanem a tenger vízfelületének valamint a tenger és sólepárlás együttesének megváltozása. Vízfelület (km 2 ) MSS 776,5922 TM 651,3538 Tenger ETM+ 628,3208 6. ábra.: a vízfelület változásának grafikonja 998,1804 1000,0000 950,0000 922,6851 Terület (km 2 ) 900,0000 850,0000 800,0000 750,0000 842,2398 MSS TM ETM+ Holt-tenger 7. ábra.: Holt-tenger feltöltıdésének grafikonja A szoftveres vizsgálat ezen része megerısített abban, hogy a Holt-tenger nagy mértékő feltöltıdést szenvedett a vizsgált (1973-2000) idıszak során. A csökkenés intenzitásából arra következtetek, hogy ez a folyamat jelenleg is zajlik, s emberi közbeavatkozás hiányában még erısebbé válik. - 8 -
A változás számszerősítése mellett elvégeztem egy vizuálisabb vizsgálatot is. Ennek során ESRI ArcInfo 9.3 ArcMap szoftverben a kompozit-képek alapján átdigitalizáltam az északi-meder vízfelületének határvonalát 3 poligon-fedvénybe. (a déli-medence pontosa határát szemre nehéz lett volna végigkövetni, ezért azt jelen esetben mellıztem). A 3db fedvényt különbözı vonalakkal láttam el, a legrégebbi poligont hagytam csak meg kitöltéssel, s ez alapján szintén láthatóvá vált a vízfelület mennyiségének a csökkenése. 8. ábra.: Holt-tenger északimedencéjének feltöltıdése Összegzésként elmondható, hogy az alkalmazott módszerek megfelelınek bizonyultak, segítségükkel elértem a kívánt eredményeket. - 9 -
- 10 -