Квантитативно картографско моделирање земљишног покривача

Abstract

Изазови повезани са стањем животне средине и климатским променамазначајно повећавају потребу различитих дисциплина за адекватним подацима иинформацијама које имају просторну и временску димензију. Ове потребе се могузадовољити искључиво кроз програме оперативног мониторина земљишта којиукључују картирање земљишног покривача. Оперативни систем за мониторингземљишта захтева интегрисано коришћење прикупљених података, њиховуефикасну и континуирану трансформацију у корисне стандардизоване иправовремене информације, њихову асимилацију у моделе и њихово коришћење упроценама, креирању политике и системима за подршку одлучивању. Тренутнодоминантна парадигма картирања земљишног покривача се заснива на системимаквалитативне класификације при чему се простор дели у ентитете који сепридужују класама из претходно установљеног система класификације. Основнипроблем традиционалних методологија картирања земљишног покривача лежи учињеници да су изведене информације, као производ класификације, подложнеконцептуализацији како креатора тако и корисника при чему се често овеконцептуализације не поклапају. Хармонизације и стандардизације картирањаземљишног покривача као покушаји да се дође до јединствене концептуалнеравни не могу суштински да премосте овај проблем. Решење се може тражити уквантитативном моделирању земљишног покривача.Предмет истраживања ове дисертације представљају концепт, захтеви имогућности квантитативног картографског моделирања земљишног покривача уусловима изражене потребе за одговарајућим, квалитетним и ажурниминформацијама о животној средини и природним ресурсима. Како оптичкисателитски сензори представљају основни извор података за генерисањеинформација о земљишном покривачу, истраживање је фокусирано на квалитетподатака сателитског осматрања Земље као и квалитет метода моделирањаквантитативних параметара које служе за описивање карактеристика појаваземљишног покривача.Као средства квантитативног описивања основних категорија земљишногпокривача: вегетације, воде, земљишта и вештачких површина, анализирани су упракси најчешће коришћени спектрални индекси и биофизички параметри.Спектрални индекси су погодни у квантитативном моделирању јер су директнафункција сателитских података, али како они не представљају апсолутнебиофизичке карактеристике појава, њихова интерпретација је честопроблематична, посебно при описивању вегетације као најкомплекснијекатегорије. Са друге стране, моделирање биофизичких параметара представљаизазов. Једноставни емпиријски модели оцене биофизичких параметара изспектралних индекса оптерећени су значајном несигурношћу због чега нисупогодни за оперативну употребу. Детерминистички (физички) модели оценебиофизичких параметара представљају добру теоријску основу за оперативнокартирање, али је потребно познавање њихове несигурности. Посебан фокус јестављен на експериментално испитивање несигурности физички моделиранихбиофизичких параметара за описивање вегетације као најкомплексније категоријеземљишног покривача и то у зависности од различитих извора несигурности...

Challenges related to environment and climate changes significantly increasedemands of various disciplines for appropriate data and information that are spatial innature. These needs can be fulfilled only through the programmes of operational landmonitoring that include land cover mapping. An operational system for land monitoringrequires integrated use of observations, their efficient and continual transformation intouseful, standardized and timely information, their assimilation into models and theirapplication in assessments, policy and decision making. The current dominant paradigmof land cover mapping is based on qualitative classification systems that separate thespace into entities to which classes are then assigned. The major problem of thetraditional land cover mapping methodologies lies in the fact that the extractedinformation, being products of classification, are subject to conceptualization of boththe producers and the users. However, they do not often match. Initiatives forharmonization and standardization of land cover mapping are attempts to reach acommon conceptual platform. Nevertheless, these solutions cannot essentially overcomethe problem. The premise of this research is that the solution could be found inquantitative land cover modeling.The objective of the research is concept, requirements and possibilities ofquantitative cartographic land cover modeling under conditions of increased demand forappropriate, quality and up-to-date information on the environment and naturalresources. Since the optical satellite sensors are the primary data source for generatingthe land cover information, the research was focused on quality of both the Earthobservation data and the methods of quantitative parameters modeling that serve for thedescription of land features’ characteristics.The most often used spectral indices and biophysical parameters that areconsidered instruments for quantitative description of basic land cover categories(vegetation, water, land and artificial surfaces) are analyzed. Spectral indices aresuitable for quantitative modeling because they are direct function of satellite data.However, as they do not represent absolute biophysical characteristics of features, theirinterpretation is often problematic, especially in the case of describing vegetation as themost complex category. On the other hand, modeling of biophysical parameters is achallenge. Simple empirical models of biophysical parameters’ estimation from spectralindices are connected with significant uncertainty which makes them inappropriate foroperational use. Deterministic (physical) models of biophysical parameters’ estimationare good theoretical basis for the operational mapping, but knowledge of the uncertaintyis necessary. Special attention was paid to experimental assessment of uncertainty ofphysically modeled biophysical parameters of vegetation in terms of various uncertaintysources.The concept of operational quantitative land cover monitoring is also analyzedfrom the aspect of spectral and spatial heterogeneity of the Earth observation data. Asystem of organizing data and information by use of multiscale hierarchical referencegrid is introduced with the grid structure adjusted to the major operational opticalmultispectral satellite sensors. Such a system enables the optimal use of available dataand the possibility to apply object oriented analysis...