UDK (UDC) 63:007:681.3(497.12)Kranj 528. 74:629. 783:63 UP RABA SATELITSKO PRIDOB ENIH PODATKOV ZA POTREBE OCENJEVANJA RABE TAL IN AGROSTATISTIKE PRIMER KRANJSKO- v SORSKEGA POLJA dr. Ana Tretjak, Danijela Šabic, mag. Branko Pavlin, Živko Tuta, Irena Orešnik MF-Zavod Republike Slovenije za statistiko, Ljubljana Prispelo za objavo: 7.12.1992 Izvleček Avtorji so izdelali na primeru ocenjevalnega okoliša občine Kranj prostorski informacijski sistem (GJS) za potrebe ocenjevanja rabe tal in kmetijske statistike. Povezali so SPOT-PAN in Landsat satelitsko skanirane podatke ter podatke ROTE-ja, EHIŠ-a, popisa prebivalstva 1991, DMR-ja 100 in pedološke podatke. Ključne besede: GIS, kmetijstvo, Landsat-TM, prostorska statistika, raba tal, SPOT, tehnike izboljšave Abstract On a case study covering the area of one statistical estimation unit within the municipality Kranj an agricultural GIS was compiled from layers: register of territorial units, georeferenced house numbers, census-91 data on population, digital terrain model 100, pedological data set, SPOT-PAN satellite data set and Landsat-TM data set. Keywords: agriculture, enhancement techniques, GIS, land use, Landsat-TM, spatial statistics, SPOT UVOD Jeseni 1991 si je skupina sodelavcev za razvoj novih metod s pomočjo teledetekcije zastavila nalogo izdelati geografski informacijski sistem (GIS) na primeru Kranjsko-Sorškega polja za potrebe ocenjevanja rabe tal in za potrebe agrostatistike. Z analizo satelitskih podatkov naj bi izdelali splošno karto rabe tal in karto rabe tal s podrobneje opredeljenimi razredi kmetijske rabe. Nadalje smo želeli s satelitskimi podatki povezati tiste prostorsko opredeljene podatke, ki lahko dopolnjujejo vedenje o stanju na kmetijskih površinah ali pa s pomočjo katerih proučujemo časovne Geodetski vestnik 36 (1992) 4 spremembe na kmetijskih površinah. Slednje nam bo v kasnejši fazi omogočilo izdelavo modelov simulacije. OPIS MATERIALOV Izbor območja raziskovanja je bil pogojen z razpoložljivimi satelitskimi podatki. Le za območje l. ocenjevalnega okoliša občine Kranj smo imeli na voljo: o SPOT-pankromatske podatke ( oktober 1989) z 10 m x 10 m slikovnim elementom o Landsat-TM podatke (junij in julij 1990) s 30 m x 30 m slikovnim elementom. Uporabili smo še podJtke registra območij teritorialnih enot (ROTE), evidence hišnih številk (EHIS), popisa 1991, digitalnega modela reliefa 100 (DMR 100), podatke pedološke karte v merilu 1:50 000, ki v času naše uporabe še niso bili dostopni v digitalni obliki in smo jih za naše potrebe digitalizirali sami. IZVEDBA Izseke iz SPOT in Landsat podatkov, ki pokrivajo območje l. ocenjevalnega okoliša občine Kranj in obsegajo površino 22 km x 20 km, smo zarotirali z metodo kubične konvolucije s 23 kontrolnimi točkami (GCP) v Gauss-Kruegerjev koordinatni sistem. Napaka rotacije je bila za x = 0,776 m, za y = 0,626 min skupna xy = 0,996 m. Povprečna napaka projekcije v merilo 1: 50 000 pa je bila za x = 3,28 m in za y = 1,99 m. Istočasno smo podatke SPOT-a in Landsat-a medsebojno povezali. Na podlagi analize histogramov odbojnih vrednostih vseh 7 Landsat kanalov smo za nadaljno obdelavo izbrali kanal 4 (0,76 - 0,90 µm) in kanal 3 (0,63 - 0,69 µm) in ju povezali s SPOT pankromatskimi podatki. Iz podatkovne baze ROTE-ja smo uporabili podatke meja l. ocenjevalnega okoliša in meje vseh katastrskih občin tega ocenjevalnega okoliša. S tem smo iz osnovnih satelitsko skaniranih podatkov izločili le območje naše raziskave in na ta način zmanjšali porabo prostora na disku iz 58 MB za Landsat in iz 17 MB za SPOT podatke na skupno 7 MB ter s tem tudi povečali hitrost obdelave. Uporabljeni satelitski podatki niso bili nabavljeni načrtno, ampak smo posamezne segmente pridobili ob sodelovanju z drugimi ustanovami. Zato tudi nismo imeli na voljo terenskih podatkov iz časa skaniranja, ki bi jih lahko uporabili kot vadbene vzorce za izvedbo kontrolirane klasifikacije skaniranih podatkov (pikslov) v razrede rabe tal. Zaradi tega smo izvedli le nekontrolirano klasifikacijo - klaster analizo. Z računalniškim programom smo opredelili slikovne elemente v posamezne homogene skupine po odbojnih vredn9stih, ki najbolj verjetno predstavljajo enoten razred rabe tal. Oktobrski datum skaniranja SPOT satelita in majski datum enega od Landsat satelitov tudi nista najprimernejša termina za razlikovanje vegetacijskih pojavov na proučevanem območju, kar se je odražalo na visokem številu slikovnih elementov, opredeljenih v razredu „mešano". Tu razred zajema piksle urbanega oz. pozidanih površin in odprtih, neporaščenih kmetijskih površin, ki so imele v času skaniranja podobne odbojne vrednosti v vseh proučevanih kanalih kot urbane površine. Najmočneje se ta neseparabilnost izraža v pankromatski (0,51- 0,73 µm) valovni dolžini, ki ni občutljiva na raznolikost, pogojeno s klorofilno absorbcijo te valovne dolžine. Zaradi tega smo pankromatske podatke filtrirali s sumamim 5 x 5 filtrom, ki Geodetski vestnik 36 (1992) izostri kontraste odbojnih vrednosti robnih pojavov tako, da razvleče odbojne vrednosti celotnega kanala v multimodalno porazdelitveno funkcijo. Nadalje smo pankromatske podatke pretvorili iz osnovne porazdelitve, ki se asimetrično približuje normalni porazdelitvi v približek Poisonovi porazdelitvi tako, da smo uporabili visoko frekvenčni 3 x 3 filter. S tem smo odbojne vrednosti te valovne dolžine razbili v dva glavna razreda: prvi s piksli z visoko odbojno vrednostjo (urbano) in drugi ostali pojavi (vegetacija in voda). Pankromatske podatke, s filtrom 5 x 5 filtrirane pankromatske podatke in s filtrom 3 x 3 filtrirane pankromatske podatke smo združili v nov zapis, ki predstavlja območje proučevanja v psevdo barvah. T očljivost pikslov urbanega razreda od neporaščenih zemljišč kmetijskega razreda Lna novih SPOT podatkih smo vizualno preverili še s kombinacijo Landsat-TM kanalov: 6 (10,40 - 12,50 µm; velikost piksla 60 m x 60 m), 7 (2,08 - 2,35 µm; velikost piksla 30 m x 30 m), 1 (0,45 -0,52µm; velikost piksla 30 m x 30 m). Tu kombinacija valovnih dolžin TM kanalov poudari odbojne vrednosti pregretih, urbanih površin v kanalu 6. V kanalu 7 so dobro ločljive urbane površine skupaj z neporaščenimi kmetijskimi zemljišči: kanal 1 pa izostri linearne pojave znotraj urbanega razreda rabe tal in izboljša ločljivost med vegetacijo in neporaščenimi zemljišči. a vseh navedenih podatkih smo ponovili klaster analizo v 7 razredov rabe tal. Vzporedno s klasifikacijo skaniranih podatkov l. ocenjevalnega okoliša smo izvedli tudi klasifikacijo katastrske občine Voglje. Za to katastrsko občino, ki leži na ravninskem predelu, smo ocenili površine rabe tal iz avionskih posnetkov CAS-a 88, ki so se uporabili kot referenčni podatek za primerjavo rezultatov klasifikacije satelitsko skaniranih podatkov in uradnih statističnih podatkov. Poleg podatkov o površinah v ha posameznih razredov rabe tal pa smo pri klasificiranih satelitskih podatkih preverili tudi prostorsko razporeditev posameznih klasificiranih pikslov. Le to pa pri uradnih statističnih podatkih ni možno, ker niso prostorsko opredeljeni. eklasificirane in klasificirane satelitsko skanirane podatke smo povezali z ostalimi geografsko opredeljenimi podatki. S tem smo izdelali za uporabnika podatkovno bazo, sestavljeno iz podatkovnih slojev, ki omogočajo vpogled v stanje pojava/pojavov in njihovo medsebojno povezanost, omogočajo tudi proučevanje segmentiranih prostorsko opredeljenih podatkov, kot tudi proučevanje razdalj med lokacijami pojavov ali njihovimi površinami. Pomembno pri tem je, da so pojavi prostorsko opredeljeni, kar pomeni, da lahko s časovno analizo proučujemo procese v prostoru. V ospredju ni le proučevanje spremembe pojava samega, ampak je možno proučevati tudi njegovo variabilnost v soodvisnosti od sprememb drugih pojavov v prostoru. ZAKWUČKI Izdelani primer povezave kmetijsko relevantnih prostorsko opredeljenih podatkov je bil zaradi dostopnosti satelitsko skaniranih podatkov SPOT in Landsat-TM omejen le na območje 1. ocenjevalnega okoliša občine Kranj. podatki posameznih podatkovnih baz so za naše delo pomembni, ker: • ROTE omogoča izločitev administrativnih enot in izračune statistik zanje; • EHIŠ in popis prebivalstva omogočata spremljanje dinamike sprememb rabe kmetijskih površin v odvisnosti od urbanizacijskih in migracijskih procesov ter spreminjanja socialno geografske strukture prebivalstva; Geodetski vestnik 36 (1992) 4 o DMR omogoča maskiranje in izločanje površin na višinah in ki so za kmetijstvo nepomembne ali neprimerne; o pedološki podatki so za analizo satelitskih podatkov sami po sebi nepomembni, za uporabnika, ki lahko istočasno razpolaga z informacijo o kmetijski kulturi, nadmorski višini in naklonu parcel, pa so lahko pomemben podatek odločanju. a potrebe globalnih odločitev na državni ravni lahko z Landsat-TM za celo Slovenijo izdelamo karto štirih razredov rabe tal z zanesljivostjo karte 1:50 000. Za raven občine predlagamo uporabo SPOT-XS in SPOT-PAN ,.,~,,~ .. ,~ S slednjimi lahko v primeru pravokotnega skaniranja in visoke radiometrične kvalitete podatkov zagotovimo izdelek z lokacijsko natančnostjo karte v merilu 1:25 000. SPOT-XS podatki pa omogočajo razčlenitev kmetijskih površin glede na najpomembnejše kulture po posameznih regijah oz. občinah. Z uporabo ROTE-ja lahko omejimo podatke rabe tal na poljubno teritorialno raven z zanesljivostjo osnovnega izdelka (1:50 000 ali 1:25 000). povabilo ESA in FAO/RSC smo nalogo „ Uporaba satelitsko pridobljenih za potrebe ocenjevanja rabe tal in agrostatistike - primer Kranjsko-Sorškega polja" oktobra letos predstavili na regionalnem delovnem seminarju v Nitri, ki so ga organizirali ESA, FAO, Tulespazio in vladi ČSFR Viri: Berry, J.K, 1987, Computer-assisted map analysis: potential and pitfalls; Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol 53, No. 1 O, 1450-141 O. Cressie, NA.C., 1991, Statistics for spatial data, Wiley Series in probability and mathematical statistics, 499-548. Langford, M, Unwin, D.J., Maquire, D.J., 1990, Generating improved population density maps in an integrated GIS. European conference on Geographical information systems, 651-660. Lipej, B., 1989, Register of territorial units-ROTE and Evidence of house numbers-EHIŠ - The basis for spatial data determination and presentation. Proceedings of IGA, I ih International Cartographic Conference, Budapest, 9 p. Lipej; B., Verdnik, D., 1991, La cartographie des populations en Slovenie, Espace, Populations, Societes, Lille, Paris, Louvain, No. 3, 534-538. Ripley, B.D., 1981, Spatial statistics, Wiley Series in probability and mathematical statistics, 78-129. Statistical Office of the Republic of Slovenia, 1992, Statistične informacije No. 189, 194, 221: Census data 1991 - final data. Tretjak, A., Poljak M, Hlavaty M, Šabic D., 1987, The application of satellite remote sensing techniques in the fileds of land use agriculture and forestry FAO:TCP(YUG/4502(T) project, 79 p. Tretjak, A., Šabic, D., 1991, Application of sate Zlite remote sensing techniques to agriculture statistics in the Republic of Slovenia, Agricultural and environmental applications of remote sensing, FAO/ESA regional workshop for decision-makers in cooperation with Telespazio, Budapest, 2 p. Tretjak, A., Šabic, D., Tuta, ž., Pavlin, B., Orešnik, I., 1992, Compilation of an agricultural GIS for the needs of Agrostatisatics - Case study Kranj (Republic Slovenia), Regional Workshop on the Application of Remote Sensing Data for Agriculture, Nitra. Zavod Republike Slovenije za statistiko, 1991, Statistični letopis Republike Slovenije 1991, Ljubljana, 214-220. Geodetski vestnik 36 (1992) 4 Ustni viri: Vida Bitenc, Geodetski zavod Slovenije, 1992. Prof dr. Milan Hočevar, Oddelek za gozdarstvo, Biotehniška fakulteta, Univerza v Ljubljani, 1991. Milena /lic, Oddelek za demografijo, Zavod Republike Slovenije za statistiko, 1992. Tone Kralj, Inštitut za gozdno in lesno gospodarstvo, Ljubljana, 1992. mag. Božena Lipej, Republiška geodetska uprava, 1992. Božena Mauri, Register teritorialnih eno~ Zavod Republike Slovenije za statistiko, 1992. Bojan Pirc, Register teritorialnih enot, Zavod Republike Slovenije za statistiko, 1992. mag. Tomaž Prus, Katedra za pedologijo, Agronomski oddelek, Biotehniška fakulteta, Univerza v Ljubljani, 1992. Matjaž Stopar, Programerski oddelek, Zavod Republike Slovenije za statistiko, 1992. Irena Tršinar, Centralni register prebivalstva Republike Slovenije, Zavod Republike Slovenije za statistiko, 199 2. Matjaž Urbanc, Programerski oddelek, Zavod Republike Slovenije za statistiko, 1992. Joža Zdjelar, Oddelek za kmetijske statistike, Zavod Republike Slovenije za statistiko, 1992. Zahvala: Zahvaljujemo se kolegom Biotehniške fakultete, Katedre za pedologijo na Agronomskem oddel"---u in na Oddelku za gozdarstvo ter sodelavcem Geodetskega zavoda Slovenije za dostop do njihovih podatkov in možnost, da smo jih uporabili pri našem delu. Občina Kranj, l. ocenjevalni okoliš: ha površin in struktura ::::.:::: ... Rdi, ' ,;.. .. ~, QL".( - ...... . ............. . . SPOT/TM4!IM:J.: · .~ ·,•n~···· ... ; ..... af ,wH·.........~ -,_ :,~• -H",0• ·.•. ha Niive in vrtovi 3526 33 Travniki in pašniki 1544 14 Kmet.-vin.-sad.-rib. 5070 47 5 351 50 5 248 49 Kmetijske površine 5 420 50 Gozd. +vin. +sad. 3953 37 Gozd. +vin. sad. + voda 4556 42 Gozdne površine 4263 39 Voda 124 Rodovitno 9683 90 9907 92 9200 86 Nerodovitno 1097 10 863 8 1554 14 SKUPAJ 10780 100 10770 100 10754 100 eodetski vestnik 36 (1992) 4 Občina Kranj: ha površin katastrske občine Voglje ><<% Gozd 464 49,5 428 47,5 465 49,4 Kmeti"sko 424 45,2 428 47,5 431 45,7 Urbano 49 52 45 50 46 50 SKUPAJ 937 100 901 100 942 100 Geodetski vestnik 36 (1992) Recenzija: Marjeta Natek mag. Marijan Poljak Geodetski vestnik 36 (1992) 4