Linnade kaugseire: spektrisegu lahutamine Landsat TM

satelliitpiltidelt Tartu linna näitel

Tõnis KärdiTartu Ülikool

geograafia instituut

Tõravere, 11. oktoober 2005Teine Eesti Kaugseire Seminar

Sissejuhatus

Sissejuhatus

Sissejuhatus

• Linn kui äärmiselt heterogeenne kaugseire objekt -> segupikslid (mixed pixels) • Lineaarne spektrisegu lahutamine

Joonis 1. Väljalõiked Landsat TM kolmevärvi liitkujutisest (vasemal) ja ortofotost (paremal) samalt alalt Tartu kesklinnas.

Sissejuhatus

Töö peamine eesmärk:• Viia läbi spektrisegu lahutamine kolmest erinevast aastast pärineval Landsati kaadril ja kaardistada taimkatte, vettpidava pinna ja taimkatteta mullapinna paiknemist.

Joonis 1. Väljalõiked Landsat TM kolmevärvi liitkujutisest (vasemal) ja ortofotost (paremal) samalt alalt Tartu kesklinnas.

Sissejuhatus

• Taimkate – vettpidav pind – taimkatteta mullapind (vegetation-impervious surface-soil ehk VIS) mudeli raamistik

• Kasutatud satelliitpildid:– 16. mai 1988, 24. august 1995, 3. mai 2001

• Kasutatud tarkvara:– IDRISI 32 Release Two, Lokaalstatistikud

Spektrisegu lahutamise põhimõtted

• Iga piksel uuritaval pildil on mitmete komponentide (ehk algliikmete) segu:

Piksli heledus i-ndas kanalis

Jääk i-ndaskanalis

k-nda algliikme heledus i-ndas kanalis, mis on korrutatud läbi selle algliikme kaalu (ehk fraktsiooniga) selles pikslis

• Kusjuures:

Spektrisegu lahutamise põhimõtted

• Normaliseerimise protseduur võimaldab vähendada algliikme heleduse erinevusi, kuid samas säilitada nende nn signatuuri kuju:

Spektrisegu lahutamise põhimõtted

Piksli normaliseeritud heledus kanalis b

Piksli algne heledus kanalis b

, kus

Kasutatud kanalite arv

Algliikmete valiku põhimõtted

• Pildialgliikmete leidmine:– Peakomponentide teisendus– Esimesest kolmest peakomponendist

moodustada hajuvusgraafikud– Leida algliikmete umbkaudsed asukohad

hajuvusgraafikutel

Algliikmete valiku põhimõtted

• Pildialgliikmete leidmine:– Arvutada kõikide pildi pikslite väärtused:

• Kolme esimese peakomponendi pildil• Satelliidipiltidelt kõikides kasutatud kanalites

– Filtreerida välja segunemisruumi piksliparve otstes paiknevad pikslid

– Leida nende alusel algliikmete spektraalsed signatuurid

Tulemused

Tulemused

Tulemused

Tulemused

Tulemused

Joonis 4. Taimkatte, vettpidava pinna ja taimkatteta mullapinna fraktsioonipildid (vasakul tulbas)ja neist moodustatud kolmevärvi liitkujutis (ülal).

Tulemused

Joonis 5. Väljalõiked 2002. aasta ortofoto kaadrist Tartu kesklinnas (vasakul) ja lineaarsel spektrisegu lahutamisel saadud taimkatte (roheline), vettpidava pinna (sinine) ja taimkatteta mullapinna (punane) 2001. aasta fraktsioonipiltide kolme värvi liitkujutisest (paremal).

Tulemused• 2 transekti läbi

linna – loode-kagu ja

kirde-edela suunalised transektid ristumiskohaga Raekoja platsil

• Leida neil VIS mudeli osiste väärtused aastatel 1988-2001

Joonis 6. Transektide paiknemine Tartu linnas ja neile jäävate objektide skemaatilised asukohad.

TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

Vettpidavpind

Taimkate

Taimkattetamullapind

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

Raekoja plats

Kirde-edela profiil linnast 1988

01020304050

60708090

100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

Vettpidavpind

Taimkate

Taimkattetamullapind

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

Raekoja plats

Kirde-edela profiil linnast 1988

01020304050

60708090

100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

Loode-kagu profiil linnast 1995

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

Kirde-edela profiil linnast 1995

010

2030

405060

7080

90100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

16. mai 1988

TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

Vettpidavpind

Taimkate

Taimkattetamullapind

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

Raekoja plats

Kirde-edela profiil linnast 1988

01020304050

60708090

100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

Loode-kagu profiil linnast 1995

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

Kirde-edela profiil linnast 1995

010

2030

405060

7080

90100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

Kirde-edela profiil linnast 2001

010

2030

4050

6070

8090

100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

Loode-kagu profiil linnast 2001

01020304050

60708090

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

16. mai 1988

24. august 1995

TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

Vettpidavpind

Taimkate

Taimkattetamullapind

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

Raekoja plats

Kirde-edela profiil linnast 1988

01020304050

60708090

100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

Loode-kagu profiil linnast 1995

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

Kirde-edela profiil linnast 1995

010

2030

405060

7080

90100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

Kirde-edela profiil linnast 2001

010

2030

4050

6070

8090

100

-375

0

-285

0

-195

0

-105

0

-150 750

1650

2550

3450

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

ToomemägiRaadi lennuväli

Raudtee kaubajaam

Loode-kagu profiil linnast 2001

01020304050

60708090

100

-378

0

-288

0

-198

0

-108

0

-180 720

1620

2520

3420

4320

5220

kaugus Raekoja platsist meetrites

%

VettpidavpindTaimkate

Taimkattetamullapind

Raekoja plats

Kaubamajaparkla

IhasteEmajõgiEPMÜdendropark

16. mai 1988

24. august 1995

3. mai 2001

Joonis 7. Taimkatte, vettpidava pinna ja taimkatteta mullapinna fraktsiooniväärtused Tartu linna loode-kagu ja kirde-edela suunal läbivatel transektidel arvutatuna 60-meetrise raadiusega aknas iga 30 meetri tagant.

Tulemused

• Referentsobjektide püsivus ajas– Muutused fraktsiooniväärtustes osaliselt

tingitud sateliitpiltide sobitusveast ja aastaajast

• Sobivushinnang Eesti Põhikaardi järgi– Üldine viga 9%

• Taimkate ja taimkatteta mullapind 6%• Vettpidav pind 15%

Kokkuvõte

• VIS mudel kui kontseptuaalne raamistik linnade uurimiseks keskmise ruumilise lahutusega satelliitpiltidelt

• Spektraalse segu lahutamise meetod VIS mudeli osiste katvuse kindlakstegemiseks pildi pikslis

• Muutused algliikmete fraktsiooniväärtustes ei pruugi olla tingitud tegelikult maakattes toimunud muutustest