Uydu Uzaktan Algılama, CBS VE Stokastik Modelleme Kullanılarak Çin Zhujiang Deltası’nda Arazi Kullanımı Değişiklik Analizi
Land Use Change Analysis In The Zhujiang Delta Of China Using Satellite Remote Sensing, GIS And Stochastic Modelling
Qihao Weng
Department of Geography, Geology, and Anthropology, Indiana State University, Terre Haute,
IN 47809, USA
Received 27 April 2000; accepted 31 August 2001
“Land use change analysis in the Zhujiang. Journal of Environmental Management” Makalesinin Neşe Başaran tarafından birebir tercümesidir.
GİRİŞ
Çin, ekonomik reformu ve açık kapı politikasını başlattığı 1978’den bu yana, arazisinin çoğunda hızlı arazi kullanımı ve toprak örtüsü değişikliği meydana geldi. Hızlı sanayileşme ve kentleşme, önemli miktarda tarım arazisi kaybına yol açmıştır. Bu özellikle ekonomik verimliliğin en üst düzeye çıktığı ve gelişimin öncelikli olduğu Zhujiang Deltası gibi birçok kıyı bölgelerinde ve şehirlerde geçerlidir. Uygun arazi kullanım planlamasının ve sürdürülebilir kalkınma önlemlerinin eksikliğinden ötürü, tarımsal arazinin yaygın bir şekilde ortadan kalkması ciddi çevresel sonuçlara yol açmıştır.
Uzaktan algılama ve CBS temelli değişim tespit çalışmaları, ağırlıklı olarak, ne tür arazi kullanımının ve arazi örtüsü değişikliğinin meydana geldiği hakkında bilgi sağlamaya odaklanmıştır. Sadece, değişikliklerin nasıl ve niçin gerçekleştiğini ele almak için birkaç model geliştirilmiştir.
Uydu ve uzaktan algılama sistemleri, etkin veri sağlar ve bunları arazi geliştirme modelleri ve süreçlerini anlamak ve izlemek, arazi kullanımı ve arazi örtüsü veri setlerini oluşturmak için değerli bilgilere dönüştürür. CBS teknolojisi, değişim tespiti ve veritabanı geliştirme için gerekli olan dijital verilerin saklanması, analizi ve gösterilmesi için esnek bir ortam sağlar. Bu makalede, 1989-1997 yılları arasında Güney Çin’in Zhujiang Deltası’nda arazi kullanımı ve arazi değişimlerini analiz etmek ve tahmin etmek için uydu uzaktan algılama, CBS ve Markov modellemeyi birleştiren bir yöntem sunulmaktadır.
Arazi Kullanımı ve Arazi Örtüsü Değişikliklerinin Markov Modellenmesi
Markov zincirleri, çeşitli mekânsal ölçeklerde arazi kullanımı ve arazi örtüsündeki değişiklikleri modellemek için kullanılmıştır. Arazi kullanımındaki değişiklikler, yöntem ve yaklaşımdaki benzerliklere rağmen, genellikle toprak örtüsü / bitki örtüsü tipindeki değişikliklerden ayrılmıştır. Bitki örtüsü türlerinin Markov analizi, birkaç hektardan daha az veya tek bir küçük arazide küçük bir alana odaklanma eğilimindedir. Birkaç yüz hektarlık arazi söz konusu olduğunda, iş yükünün genellikle dağınık arazilere veya geçişlere ulaştırılması için veri örneklemesi uygulanır
Markov zincir modellerinin çeşitli varsayımları vardır. Bir temel varsayım, arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişimini stokastik bir süreç olarak ele almaktır ve farklı kategoriler bir zincirin durumlarıdır. Dahası, Markov modelleri çoğunlukla Kuzey Amerika’da bölgesel yoğunlaşmaya sahip bir şehir veya biraz daha geniş bir alandaki çalışmalar için kullanılmıştır. Gelişmekte olan bir ülkede arazi kullanımı ve arazi değişimleri gibi dinamik sistemleri simüle etmek için stokastik modellerin uygulanması nadirdir. .Ayrıca, arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişikliklerini izlemek ve modellemek amacıyla uydu uzaktan algılama, CBS ve Markov modelleme tekniklerini bütünleştiren bir operasyonel prosedür geliştirmek için çok fazla çalışma yapılması gerekmektedir.
Çalışma Alanı
21 ° 400N ve 23 ° 000 enlemleri arasında yer alan Zhujiang (kelimenin tam anlamıyla ‘İnci Irmağı’) Deltası ve 112 ° C ve 113 ° 200E boylamları, Çin’in üçüncü büyük nehir deltasıdır. Bu çalışma, 15 112 km2’lik bir alana sahip olan deltanın merkez alanını oluşturmaktadır (Şekil 1). Deltanın iklimi, tropik olarak ortalama 21 ° C’lik 23 ° C’lik bir sıcaklık ve 1600 ila 2600 mm’lik bir ortalama yağış ile tropikaldir. Doğal bitki örtüsü ağırlıklı olarak yaprak dökmeyen bir bitkidir.
YÖNTEM
Arazi Kullanımı ve Arazi Örtüsü Değişiklik Tespiti
Arazi kullanımı ve arazi değişimleri Landsat yardımıyla haritalandı. Zemin kontrol noktalarının belirlenmesi için Landsat görüntüsünde kontrast germe ve histogram eşitleme yapıldı. Farklı tarihlerde alınan görüntülerde; 1:50000 ölçekli topografik haritalar kullanıldı. Koordinat sistemi olarak UTM kullanıldı. Bu veriler en yakın komşu algoritması kullanılarak yeniden örneklendirildi. Böylece piksellerin orijinal parlaklık değeri değişmedi.
Bu çalışmada yüzey yansımalarındaki ince değişikliklerin saptanması gerektiğinden radyometrik düzeltme yapıldı. Farklı tarihler arasındaki atmosferik farklılıkları hesaba katmak için gerekli veriler mevcut değildi. Bu nedenle görüntü regrasyonunu kullanan nispi radyometrik düzeltme yöntemi kullanıldı.
Landsat görüntülerini sınıflandırmak için maksimum olabilirlik algoritması kullanıldı. Özellik seçiminin hem istatiksel hem de grafik analizleri gerçekleştirildi. Bantlar her bir sınıfı ayırt etmede etkili olacak şekilde kullanıldı.
Gerektiğinde doğruluk değerlendirmesinde büyük ölçekli hava fotoğrafları referans olarak kullanıldı.
Arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişimleri incelenirken çarpraz tablolama yöntemi kullanıldı, değişim matrisi üretildi. Değişim matrisi bize bu alandaki temel değişiklik (yön) bilgisini verir. Arazi kullanımının niteliği, oranı, yeri ve arazi örtüsü değişikliklerini analiz etmek için her bir kategoride kazanç ve kayıp imajı üretildi. Bu değişim görüntüleri, GIS ortamında inşa edilen ve 30 m’lik çözünürlükte bir raster formatına dönüştürür. Bu da bize her bir ildeki arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişikliği bilgisini vermeyi amaçlar.
Arazi Kullanımı ve Arazi Değişim Sürecinin Markov Analizi
Arazi kullanımı ve uydu görüntülerinden elde edilen değişim verilerini kullanarak, arazi kullanımı tanımlandı. Yapılan çalışmalarda Karl Pearson istatistiği kullanılmıştır. Bu istatiksel test, belirli bir dağılımın, gerçek gözlem sayısı ile belirlenen sayıdaki gözlemler arasında bir karşılaştırma yapar. Markov hipotezine göre,1989-1997 dönemini kapsayan geçiş olasılık matrisi 1989-1994,1994-1997 matrisleri ile çarpılarak elde dilebilir. Bu geçiş olasılıkları, GIS analiz fonksiyonları ile hesaplanabilir ve beklenen sayıları hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılır.
Nij: 1989-1994 yılları arası i kategorisinden j’ye geçişlerin sayısı;
N:jk 1994-1997 yılları arası i kategorisinden j’ye geçişlerin sayısı;
N:j: 1994 yılında j kategorisindeki hektar hücre sayısıdır.
SONUÇ
1989-1994 ve 1997 için arazi kullanımı ve arazi örtüsü haritaları Landsat görüntülerinden üretilmiştir.(Şekil:2-Şekil:4)
1989,1994,1997 yıllarına ait arazi kullanım/kapsama alanlarının genel doğruluğu; %57-90,%43-88,%43-85 arasındadır. Bu sonuçlara göre doğruluk, arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişikliklerinin değerlendirilmesi için yeterlidir.(Tablo 1,Tablo 2)
Bu makalede, 1989-1997 döneminde Çin’in Zhujiang Deltası’nda arazi kullanımı ve arazi örtüsünü ele almak için uydu uzaktan algılama, CBS ve stokastik modelleme teknolojilerinin nasıl birleştirildiği anlatılmaktadır. Kırsal alanların ve bahçecilik çiftliklerinin tarlalarda belirgin bir artış gösterdiği, ekim alanlarının ise azaldığı görülmüştür. Tahran arazisinin gelişmesi deltaların farklı bölgelerinde düzensizdir ve ekin alanlarıyla yakından ilgilidir. Arazi kullanımının gelişimi dengelenmiş değildir ve iki çalışma dönemi (1989-1994 ve 1994-1997) farklı geçiş mekanizmalarına sahiptir.
Arazi kullanımını ve arazi örtüsü değişikliklerini tespit etmek için Landsat TM verilerinin kullanımı genellikle bir başarı olmuştur. Dijital görüntü sınıflandırması CBS ile birleştiğinde, hızlı sanayileşme ve kentleşme gibi arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişikliklerinin yönü, doğası, oranı ve konumu hakkında kapsamlı bilgi sağlama yeteneğini göstermiştir. Ancak, sınıftaki belirsizlikler sorunu yüzünden Bu çalışmada görüntü sınıflandırması incelenmemiştir. Arazi kullanımı ve arazi örtüsü haritalarının oldukça yüksek bir genel doğruluğa sahip olmasına rağmen, farklı sınıfların doğruluğu değişmektedir. Bahçıvanlık çiftlikleri sınıfı, çeşitliliği nedeniyle başka birçok sınıfla karıştırılmıştır.
Uydu uzaktan algılama, CBS ve Markov modellemesinin entegrasyonu, arazi kullanımının ve arazi örtüsü değişim çalışmalarının, kalıplardan süreçlere vurgusunu hareket ettirmenin bir yolunu sağlar. Veri ve hesaplama limitleri, değişen etkiyi algılayan uzaktan kumandalar ve uzaktan bilgi ve yardımcı verilerin GIS’e dahil edilmesindeki gelişmeler nedeniyle daha az önem kazanmaktadır.
Markov zinciri modelleri, trendin devam edip etmediğine bakılmaksızın, arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişimi için tanımlayıcı gücün ve basit eğilim projeksiyonunun yeterliliklerini göstermiştir. Analiz, geçmişte meydana gelen değişimin niceliksel bir açıklaması olarak, gelecekteki değişim yönünün ve büyüklüğünün bir göstergesi olarak hizmet edebilir. Ancak, arazi kullanımında ve arazi örtüsü değişim uygulamalarında bazı sınırlama vardır.
Sonuç olarak, sürecin durağan olduğu düşüncesi, varsayımın bir hipotezi tam olarak ortaya koymadığı düşüncesiyle reddedilebilir. Ancak, üç geçiş matrisinin durağan bir şekilde devam etmesi durumunda, arazi kullanımı / kapsam kategorilerinin dağılımı uzak bir gelecek için öngörülebilir: % 7,14’ü kentsel veya yerleşik , % 0,58’i çorak arazi, % 11,37’si ekim arazisi olacak, % 24,19 bahçıvanlık olacak, % 5,1 dike-gölet arazisi olacak, % 11,76’sı orman olacak ve % 39,39’u su olacaktır.
Sözü Geçen Çalışma
Qihao Weng. (2002). Land use change analysis in the Zhujiang. Journal of Environmental Management .