Χαρτογράφηση και παρακολούθηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση χρονοσειρών δορυφορικών εικόνων

Abstract

The present thesis focuses on the use and exploitation of optical satellite data with different spatial and temporal resolution for the estimation of direct and long-term effects of fires in Mediterranean ecosystems. This research describes the development of automated techniques for spatial and temporal segmentation of time series of satellite imagery combined with spatial analysis of geographical and field survey datasets for mapping and monitoring of burned areas.The first part of the research focused on the use of high spatial resolution Landsat data, by means of semi-automated image segmentation procedures, for multi-temporal mapping of burned areas. In particular, the potential of object-oriented image analysis (OBIA) to analyze archived and newly acquired Landsat images, collected from different sensors, for burned area mapping was investigated.A methodological approach was proposed regarding the temporal segmentation of low resolution optical satellite data time series aiming at the identification and mapping of burned areas and the assessment of post-fire vegetation recovery. Thus, trend analysis methods were combined with dense time series of MODIS and SPOT-VGT vegetation indices, while examining the effect of parameters such as the different length of time series and the specific time step. More specifically, statistical decomposition and interpretation of time series of vegetation indices was performed, thus taking into account the temporal and spectral dimension of spatial variations that occurred in the study area.Based on the evaluation of the results with the use of field and higher resolution satellite reference data, the overall approach was proven quite effective in assessing the spatio-temporal variation of vegetation, and especially in large-scale fire-affected areas. To summarize, the synergy between different types of satellite data and semi-automated time series analysis methods consists a valuable tool for assessing the short- and long-term impacts of forest fires, despite any restrictions that arise due to the effect of lower spatial resolution.

H παρούσα διατριβή πραγματεύεται τη χρησιμότητα και την αξιοποίηση οπτικών δορυφορικών δεδομένων με διαφορετική χωρική και χρονική διακριτική ικανότητα για την αποτίμηση των άμεσων και μακροχρόνιων επιπτώσεων των πυρκαγιών σε Μεσογειακά οικοσυστήματα. Στην έρευνα συνδυάζεται η ανάπτυξη αυτοματοποιημένων τεχνικών χωρικής και χρονικής κατάτμησης χρονοσειρών εικόνων, με την χωρική ανάλυση γεωγραφικών δεδομένων και δεδομένων πεδίου για την χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων και την παρακολούθηση της μεταπυρικής ανάκαμψης της βλάστησης. Το πρώτο μέρος της έρευνας επικεντρώθηκε στην αξιοποίηση των δεδομένων υψηλής χωρικής ευκρίνειας Landsat, μέσω αυτοματοποιημένων μεθόδων χωρικής κατάτμησης εικόνων, για τη διαχρονική χαρτογράφηση πυρκαγιών. Ειδικότερα, διερευνήθηκε η δυνατότητα της αντικειμενοστραφούς προσέγγισης (OBIA) να αξιοποιεί ιστορικά και σύγχρονα δεδομένα Landsat που έχουν συλλεχθεί από διαφορετικούς αισθητήρες για την παραγωγή διαχρονικών χαρτών καμένων εκτάσεων. Στη συνέχεια προτείνεται μία μεθοδολογική προσέγγιση για τη χρονική κατάτμηση χρονοσειρών δορυφορικών οπτικών δεδομένων χαμηλής ευκρίνειας με σκοπό τον εντοπισμό και χαρτογράφηση πυρκαγιών και την εκτίμηση της μεταπυρικής ανάκαμψης της βλάστησης. Έτσι, μέθοδοι ανάλυσης τάσης χρονοσειρών συνδυάστηκαν με πυκνές χρονοσειρές δεικτών βλάστησης MODIS και SPOT-VGT, ενώ παράλληλα εξετάστηκαν παράμετροι όπως το διαφορετικό εύρος της χρονολογικής σειράς αλλά και το χρονικό βήμα των δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα, εφαρμόστηκε στατιστική αποσύνθεση και ερμηνεία των χρονοσειρών των δεικτών βλάστησης λαμβάνοντας υπόψη τη διαχρονική και φασματική διάσταση των χωρικών μεταβολών που συντελούνται στην περιοχή μελέτης.Με βάση την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων με δεδομένα πεδίου και με δορυφορικά δεδομένα υψηλότερης ευκρίνειας, η συνολική προσέγγιση αποδείχτηκε αποτελεσματική στην εκτίμηση της χωρο-χρονικής διακύμανσης της βλάστησης και ειδικά σε μεγάλες σε έκταση πυρόπληκτες περιοχές.