Εφαρμογή της θεωρίας των Fractals στην περιγραφή, ανάλυση και σχεδιασμό των χρήσεων γης

Abstract

Η αποτύπωση και παρακολούθηση των διαχρονικών αλλαγών των χρήσεων γης αποτελούν σημαντικό αντικείμενο έρευνας και δημιουργούν την ανάγκη συνεχούς μελέτης τους, με όσο το δυνατόν πιο σύγχρονες και ουσιαστικές μεθόδους, έτσι ώστε να κατανοηθεί το φαινόμενο αυτό και να μπορέσει να αντιμετωπιστεί βάσει των γνώσεων και εμπειριών της επιστημονικής κοινότητας. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διαχρονική ανάλυση των μεταβολών των χρήσεων γης που καλύπτουν την περιοχή του Καματερού σε τρεις χρονικές στιγμές, τα έτη 1989, 2002 και 2010. Η μελέτη μας βασίστηκε στη χρήση δορυφορικών εικόνων του 1989, του 2002, και του 2010. Σε αυτές, αναγνωρίσθηκαν οι χρήσεις γης με την μέθοδο της φωτοερμηνείας. Οι χρήσεις γης ψηφιοποιήθηκαν και αποθηκεύτηκαν σε πολυγωνικά διανυσματικά αρχεία. Τα διανυσματικά αρχεία αυτά αποθηκεύτηκαν σε μία γεωβάση δεδομένων που διέπεται από τους απαραίτητους τοπολογικούς κανόνες. Κατόπιν τα διανυσματικά αυτά αρχεία, μετατράπηκαν σε πλεγματικά για να χρησιμοποιηθούν ως δεδομένα εισόδου, σε εξειδικευμένο λογισμικό χωρικής ανάλυσης (Fragstats). Το λογισμικό αυτό χρησιμοποιήθηκε για να υπολογιστούν οι απαιτούμενοι, για την εργασία μας, δείκτες. Για την εξαγωγή συμπερασμάτων όσον αφορά την περιγραφή, ανάλυση και σχεδιασμό των χρήσεων γης χρησιμοποιήθηκαν τα μετρικά τοπίου (landascape metrics) που παρέχουν πληροφορίες για να εντοπιστούν τα χαρακτηριστικά των πολυγώνων που οριοθετούν τις χρήσεις γης. Οι δείκτες που χρησιμοποιούνται αφορούν στην έκταση, στην πυκνότητα στο σχήμα, στη γειτνίαση, στη συνεκτικότητα και στη διασπορά χωροψηφίδας (patch), κλάσεων (class) και τοπίου (landscape). Με τη χρήση της μορφοκλασματικής γεωμετρίας (fractal theory) και ειδικότερα με την μορφοκλασματική διάσταση D (fractal dimension) μελετήθηκε η αλλαγή χρήσεων γης που αναπτύσσονται σε άμεση επαφή με τα όρια τους, στις τρεις προαναφερθείσες χρονολογίες, Η μορφοκλασματική διάσταση υπολογίστηκε με την μέθοδο box-counting και radial analysis μέσω του λογισμικού Fractalyse. Το βασικό χαρακτηριστικό των γεωμετρικών σχημάτων που ορίζονται ως fractals είναι το γεγονός ότι αποτελούνται από ένα μοτίβο, το οποίο επαναλαμβάνεται σε συνεχώς μικρότερες κλίμακες. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης αξιοποιήθηκαν ως βάση για την μελέτη της χρονικής εξέλιξης των αλλαγών χρήσεων γης στην περιοχή μελέτης. Παράλληλα, αποτυπώθηκαν χωρικά σε θεματικούς χάρτες που, εκτός της οπτικοποίησης των αλλαγών χρήσεων γης, χρησιμοποιήθηκαν και για την σύγκριση των αποτελεσμάτων.

The maping and monitoring of intertemporal changes of land use constitute an important research subject and create the need for continuous study, with as far as possible modern and effective methods in order to understand this phenomenon, and to be able to address it, based on the knowledge and experiences of the scientific community. The purpose of the present thesis is the analysis of intertemporal changes of land use, covering the area of Kamatero in three timepoints, in 1989, 2002 and 2010. This study was based on the use of satellite images from 1989, 2002, and 2010. In these, the land uses identified by the method of photointerpretation. Land uses were digitized and stored at vector polygon files. These vector files were saved in a geodatabase data governed by the necessary topological rules. Subsequently, these vector files were converted into grids to be used as input data using a specialized spatial analysis software (Fragstats). This software was used to calculate the indices required for our study. The description and analysis of characteristics of land use was performed using landscape indices. Specifically, indices were calculated which describe the area, perimeter, shape, proximity, cohesion and interspersion of polygons delineating the land use. By using fractal theory and specifically the fractal dimension D the changes in land use were studied for the three dates. The fractal dimension was calculated using the box-counting and radial analysis methods via the software Fractalyse. The main feature of geometric shapes which are defined as fractals is the fact that they consist of a pattern, which is repeated at ever smaller scales. The results of the analysis were utilized as a basis for evolution of land use changes over time in the study area. Furthermore, these changes were depicted spatially in thematic maps which enable the visualization of land use changes and were used for the comparison of the results.