Změny pokryvu a orografie povodí 4. řádu ve vztahu k výstavbě dálnice hodnocené ze satelitních dat Sentinel-2 a leteckých LiDAR dat

Bc. Petr ŽŮČEK

Master's thesis

Changes in the coverage and orography of the 4th order basin in relation to the construction of the motorway evaluated from Sentinel-2 satellite data and aerial LiDAR data

Abstract:

Práce se zabývá sledováním změny krajinného pokryvu a orografie v povodí čtvrtého řádu. Pro tento účel byla použita satelitní multispektrální data Sentinel-2 a data leteckého LiDAR skenování. Hlavním cílem práce bylo ověřit, do jaké míry lze veřejně dostupná a bezplatná satelitní data Sentinel-2 využít k hodnocení změn území a pro potřeby krajinného plánování. K ověření cíle byla využita časová řada satelitních dat Sentinel-2 pro zhodnocení změny krajinného pokryvu ve vztahu ke stavbě nového úseku dálnice D3 na vybraném území. Sentinel-2 data byla stažena, převzorkována, a klasifikována. Byla použita metoda řízené klasifikace Maximum Likelihood. Kategorie pokryvu byly vytvořeny pomocí trénovacích ploch v softwaru ArcMap. Přesnost klasifikace z dat 22. 9. 2020 byla ověřena pomocí kontrolních bodů, které byly generovány náhodně a terénním šetřením byly zjištěny třídy pokryvu. Z výsledných dat klasifikace byly získány údaje o změně krajinného pokryvu. LiDAR data byla převzorkována na stejné prostorové rozlišení a byly vyhodnoceny rozdíly. Byla nalezena místa s výraznou změnou orografie. Z LiDAR dat byly vytvořeny modely linií soustředěného odtoku. Výsledky modelů byly porovnány a diskutovány. Výsledky srovnání Sentinel-2 dat za období 2017 až 2020 ukazují výrazné zvýšení zastoupení oblastí s řídkou vegetací o 46,39 ha a ploch s travnatou a křovinnou vegetací o 38,36 ha. Dále došlo k zvýšení ploch luk o 7,02 ha a lesních mýtin o 1,95 ha. Sníženo bylo zastoupení orné půdy o 34,78 ha, lesů o 29,05 ha, vodních ploch o 12,12 ha, urbanizace o 13,39 ha a ploch s probíhající stavbou o 4,38 ha. Výsledky srovnání LiDAR dat ukázaly několik oblastí s výraznou změnou orografie. Srovnání modelů linií soustředěných otoků odhalilo výraznou změnu. Výrazná část vody z povodí odtékala do sousedního povodí 1-06-03-0030. Po rekultivaci bývalého odkaliště se rozdělené části koryta Hodějovického potoka propojily a voda z celého povodí končí v uzávěrném profilu řešeného povodí. Celková přesnost 91,4 % a Kappa koeficient 0,902 ukazují, že použitý postup zpracování Sentinel-2 dat umožňuje dostatečně prostorově i tematicky přesnou klasifikaci krajinného pokryvu, vyjma území urbanizace. Klasifikace v zastavěném území měla uživatelskou přesnost 86,7 %. Data zjištěná ze Sentinel-2 dat mohou být tedy použita v několika částech krajinného plánování. Je možné je použít k: aktualizaci využití území, určování aktuálního stavu porostu, sledování lesních komplexů, nebo sledování rekultivací. LiDAR data mohou být efektivně použita ke sledování změn orografie, modelování linií soustředěného odtoku a určování kritických bodů.

Abstract:

This research is focused on changes of land cover and orography in fourth order river basin. For this purpose, satellite multispectral Sentinel-2 data and airborne LiDAR data were used. The main goal of this work was to verify to which extent can free and publicly available Sentinel-2 data be used to assessment of landscape changes for the use of land planning. To verify the goal the timeseries of the Sentinel-2 satellite data was used for the assessment of the land cover in a relation to the construction of the D3 highway on the selected area. Sentinel-2 data were downloaded, resampled, and classified. Maximum Likelihood method of supervised classification was used. The categories of land cover were created using training areas in the ArcMap software. The accuracy of the classi-fication from 22. 09. 2020 was verified using validation points, which were generated randomly. By field survey classes of land cover were defined. From final classification data, new data about the change of land cover were obtained. The LiDAR data were resampled to the same spatial resolution and differences were evaluated. Areas with significant variances in orography were retrieved. From LiDAR, drainage network models were created. The results of models were compared and discussed. The results of comparison of Sentinel-2 data from 2017 to 2020 shows significant increase in representation of areas with sparse vegetation by 46,39 ha and areas with grass and shrub vegetation by 38,39 ha. Furthermore, there was an increase in meadow areas by 7,02 ha and forest clearing by 1,95 ha. The representation of arable land was decreased by 34,78 ha, forests by 29,05 ha, water areas by 12,12 ha, urbanization by 13,39 ha and areas with ongoing construction by 4,38 ha. The results of Li-DAR data comparison showed several areas with significant orography alteration. The compari-son of drainage network models revealed a distinct variation. Significant part of the runoff water flowed into the neighboring 1-06-03-0030 basin. After the recultivation of former waste pond, divided parts of the Hodějovice stream water gate were connected and the water from the whole basin ends in an outlet of the basin on which this research is focused on. The overall accuracy 0,914 and Kappa coefficient of 0,902 show that used ap-proach of Sentinel-2 data processing provides with sufficiently spatially and themati-cally accurate classification of land cover, apart from the area of urbanization. Classi-fication in built-up area had the user-accuracy of 0,867. Data obtained from Sentinel-2 may be used in several parts of land planning. It is also possible to use them for: updates of land usage, determination of actual growth condition, monitoring of forest complexes or for monitoring of recultivations. LiDAR data may be effectively used for the monitoring of orography variations, modelling of drainage network models, and determining of critical points.

Keywords

dálkový průzkum Země, Sentinel-2, krajinný pokryv, LiDAR

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Mgr. František Zemek, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Agriculture

Master programme / field:
Agriculture Specialization / Pozemkové úpravy a převody nemovitostí