PLAN REFERATU Podstawowy problem badań nad przemianami krajobrazu Obszar badań Algorytm doświadczenia Materiały kartograficzne i ich przetworzenie Kap

Transkrypt

1 III Konferencja Geografów-Doktorantów października 2008 r. Wydział Geografii i Studiów Regionalnych Uniwersytet Warszawski Tomasz Giętkowski 1 Maria Zachwatowicz 2 PRZEMIANY KRAJOBRAZU - czy można uniknąć złudzeń? 1) Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, Instytut Geografii, Zakład Geografii Zrównoważonego Rozwoju, ul. Mińska 15, 85?428 Bydgoszcz, tomgie@ukw.edu.pl 2) Uniwersytet Warszawski, Wydział Geografii i Studiów Regionalnych, Instytut Geografii Fizycznej, Zakład Geoekologii, ul. Krakowskie Przedmieście 30, Warszawa, m.zachwatowicz@uw.edu.pl

2 PLAN REFERATU Podstawowy problem badań nad przemianami krajobrazu Obszar badań Algorytm doświadczenia Materiały kartograficzne i ich przetworzenie Kappa i jej pochodne Przynależność pikseli do klas pokrycia terenu w świetle logiki rozmytej Zasady eliminacji obszarów błędnie uznanych za miejsce przemian Wyniki eliminacji Ocena skutków eliminacji Sukcesy, zagrożenia i nadzieje

3 WPROWADZENIE PODSTAWOWY PROBLEM Zmniejszenie wpływu błędów położenia obiektów na wyniki analiz. Ich występowanie wiąże się zazwyczaj z: błędami pomiarowymi podczas przygotowania mapy, zasadami redakcji mapy (lokalizacja obiektów, a umiejscowienie ich sygnatury), zniekształceniami digitalizowanych, papierowych arkuszy map archiwalnych, błędami wynikającymi z transformacji pomiędzy układami współrzędnych (szczególnie w przypadku układu 1965).

4 WPROWADZENIE ROZWIĄZANIA ograniczenie się do podania źródeł kartograficznych i ich skali, dodatkowo opisanie RMS, ocena propagacji błędów (zaufanie do wyników), skutek ocena błędów dopiero na poziomie wyjściowych zbiorów danych i tylko z pewnym przybliżeniem Czy poprzez wykorzystanie istniejących i łatwo dostępnych narzędzi i metod, można dokonać eliminacji wspomnianych błędów już na poziomie danych wejściowych oraz ocenić rezultat działania tych procedur?

5 OBSZAR BADAŃ poligon CEKCYN powierzchnia 400 km 2, położony w obrębie Borów Tucholskich, urozmaicone ukształtowanie terenu zarówno w części sandrowej jak i wysp morenowych (czerskiej i śliwickiej), charakterystyczne dla tego regionu rolno-leśne użytkowanie gruntów, którego właściwością jest uprawa lasu na glebach rozwiniętych na sandrze oraz lokalizacja pól uprawnych na obszarach morenowych o lepszych warunkach glebowych i wilgotnościowych, głównym elementem strukturalnym krajobrazu jest granica rolno-leśna o nieregularnych kształtach, podlegająca dynamicznym zmianom na przestrzeni XIX i XX w.

6 OBSZAR BADAŃ poligon PIŃCZÓW powierzchnia 400 km 2, położony jest w synklinorium Nidy, u zbiegu mezoregionów: Garbu Wodzisławskiego, Doliny Nidy, Niecki Soleckiej, Garbu Pinczowskiego i Niecki Połanieckiej, zróżnicowanie budowy geologicznej i urozmaicona rzeźba terenu (sąsiadujące ze sobą krajobrazy lessowe, węglanowo-gipsowe, dolinne i poligenetyczne) wpłynęły na wykształcenie wysokiej różnorodności siedlisk oraz rozwój mozaikowej struktury pokrycia terenu.

7 ALGORYTM DOŚWIADCZENIA ETAP 1 ETAP 2 ETAP 3 ETAP 4

8 MATERIAŁY ŹRÓDŁOWE CEKCYN PIŃCZÓW WIG 1: poł. lat 30. XXw. (2 ark.) WIG 1: poł. lat 30. XXw. (2 ark.) UKŁ : poł. lat 70. XXw. (1 ark.) UKŁ : poł. lat 70. XXw. (1 ark.) GUGIK 1: II poł. lat 70. XXw. (2 ark.) UKŁ : poł. lat 70. XXw. (1 ark.)

9 MATERIAŁY ŹRÓDŁOWE - PRZETWORZENIE REKTYFIKACJA kilkadziesiąt GCP na arkusz, wielomian II lub III stopnia WEKTORYZACJA manualna, ekranowa, w trzech klasach Cekcyn las, wody, inne Pińczów las, łąki, inne GENERALIZACJA poprzez usunięcie poligonów o zadanych powierzchniach, niezależnie dla dwóch poligonów testowych Cekcyn 25 ha Pińczów 1 ha

10 MATERIAŁY ŹRÓDŁOWE - BŁĘDY do opisu wykorzystano wartości błędu wpasowania poszczególnych punktów kontrolnych oraz ich wartość średnią RMS CEKCYN PIŃCZÓW wartości błędu wpasowania gcp RMS 20 m 0,2 mm w skali mapy RMS 12,5 m

11 KAPPA I JEJ POCHODNE podstawowa metoda komparacji map. aspekt ilościowy, aspekt jakościowy, jest obliczana na podstawie wartości z macierzy przejść,

12 KAPPA I JEJ POCHODNE niestety ma wady (aspekt położenia/aspekt ilościowy) rodzina wskaźników (Pontius 2000) Kappa no który nie posiada całkowicie zdolności do rozpoznawania niezgodności w aspekcie położenia oraz niezgodności ilościowej; Kappa Location służący do określania podobieństwa w przestrzennym rozmieszczeniu kategorii na porównywanych mapach, niezależnie od liczby pikseli w danej kategorii; Kappa histo wykorzystywany do testowania zgodności ilościowej pomiędzy częstością występowania poszczególnych kategorii na porównywanych obrazach.

13 PRZYNALEZNOŚĆ DO KLAS A LOGIKA ROZMYTA logika booleanowska (przynależność do danej klasy 1 lub 0) piks [1,0,0] logika rozmyta (przynależność do danej klasy tylko w pewnej części) piks [0,75; 0,2; 0,05] rozmywanie?

14 PRZYNALEZNOŚĆ DO KLAS A LOGIKA ROZMYTA rozmywanie według propozycji Hagena (2003) 1. funkcja wikipedia.org Hagen 2003 wykładnicza obraz 3D

15 PRZYNALEZNOŚĆ DO KLAS A LOGIKA ROZMYTA rozmywanie według propozycji Hagena (2003) 2. sąsiedzi Hagen 2003 Hagen 2003 parametry: - promień sąsiedztwa - odległość połowicznego rozmycia (ang. halving distance)

16 PRZYNALEZNOŚĆ DO KLAS A LOGIKA ROZMYTA rozmywanie według propozycji Hagena (2003) 3. porównanie wektorów 4. mapa prawdopodobieństwa braku przemian? piks [0,75; 0,2; 0,05] = piks [0,55; 0,10; 0,35]

17 Zasady eliminacji obszarów błędnie uznanych za miejsce przemian analiza rozkładu wartości histogramów z uzyskanych map prawdopodobieństwa zmian oraz wizualna ocena rezultatów klasyfikacji, pozwoliły ustanowić próg zaufania do przetrwałości wartość progu zaufania do podobieństwa map ustalono dla mapy prawdopodobieństwa zmian na obszarze Cekcyn jako 0,375, z kolei dla obszaru Pińczów jako 0,5. pikselom o wartościach prawdopodobieństwa zmian poniżej progu zaufania do przetrwałości przyporządkowano atrybut zmiany zaistniały, z kolei powyżej tej wartości atrybut brak zmian.

18 ELIMINACJA obszarów błędnie uznanych za miejsce przemian PIŃCZÓW PRZED ELIMINACJĄ PO ELIMINACJI

19 ELIMINACJA obszarów błędnie uznanych za miejsce przemian CEKCYN PRZED ELIMINACJĄ PO ELIMINACJI

20 Wyniki eliminacji w celu określenia skuteczności procedur usuwania obszarów błędnie szacowanych zmian, mapy po poddano powtórnej analizie podobieństwa za pomocą wskaźników Kappa, tym razem wartości przejścia pomiędzy różnymi klasami pokrycia terenu (pozycje niediagonalne w macierzy przejść) ograniczone były wyłącznie do obszarów, na których zmiany zaistniały, eliminacji uległy głównie elementy ujawniające się na krawędziach płatów, biegnące z nimi współbieżnie i mające postać długich i wąskich zespołów pikseli.

21 ELIMINACJA obszarów błędnie uznanych za miejsce przemian porównanie statystyk wskaźników Kappa wyliczonych przed rozpoczęciem eksperymentu oraz po wyeliminowaniu błędów rektyfikacji wskazuje, że w wyniku zastosowanej procedury, dla obu obszarów testowych, uzyskano poprawę wartości wskaźników,

22 ELIMINACJA obszarów błędnie uznanych za miejsce przemian szczególnie istotne, z punktu widzenia celów eksperymentu jest wyraźna poprawa wartości wskaźnika KappaLocation, co świadczy o zwiększeniu podobieństwa w przestrzennym rozmieszczeniu kategorii na porównywanych mapach,

23 Sukcesy, zagrożenia i nadzieje zaproponowana procedura wiążąca wskaźniki Kappa z elementami logiki rozmytej pozwala wyodrębnić błędy wynikające z jakości map źródłowych i propagujące się w procesie rektyfikacji oraz poddaje korekcie obszary ich występowania, interpretację rezultatów analizy porównawczej dwóch map, prowadzonej wyłącznie przy pomocy wskaźników Kappa, utrudnia fakt, że wyniki wskazują na zmianę pokrycia terenu zarówno, tam gdzie taka zmiana rzeczywiście zaistniała, jak i tam gdzie zmiana jest pozorna i wynika ze sposobu przetworzenia materiałów źródłowych i ich niejednakowej kartometryczności,

24 Sukcesy, zagrożenia i nadzieje dalsze badania pozwolą prawdopodobnie określić wpływ wielkości piksela na wyniki analiz, jak również ocenić skuteczność procedury przy wykorzystaniu wielu serii map archiwalnych, o zróżnicowanych błędach rektyfikacji, ujednolicenia wymagają czynności związane z aktualizacją macierzy przejść powtórnie testowanych wskaźnikami Kappa, uzyskane wyniki pozwalają sądzić, że analizując przemiany krajobrazu, w dużym stopniu można uniknąć złudzeń (!)

25 III Konferencja Geografów-Doktorantów października 2008 r. Wydział Geografii i Studiów Regionalnych Uniwersytet Warszawski DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ Tomasz Giętkowski 1 Maria Zachwatowicz 2 1) Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, Instytut Geografii, Zakład Geografii Zrównoważonego Rozwoju, ul. Mińska 15, 85?428 Bydgoszcz, tomgie@ukw.edu.pl 2) Uniwersytet Warszawski, Wydział Geografii i Studiów Regionalnych, Instytut Geografii Fizycznej, Zakład Geoekologii, ul. Krakowskie Przedmieście 30, Warszawa, m.zachwatowicz@uw.edu.pl