Remote Sensing and GIS Applications on Change Detection Study in ...

7 downloads 4363 Views 554KB Size Report
Remote Sensing and GIS Applications on Change Detection Study in Coastal ... It is necessary to evaluate land use – land cover changes to develop efficient.
INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

Remote Sensing and GIS Applications on Change Detection Study in Coastal  Zone Using Multi Temporal Satellite Data  S.Prabaharan 1 . K. Srinivasa Raju 2 . C.Lakshumanan 2 . M. Ramalingam 3 .  Junior Research Fellow, Institute of Remote Sensing, Anna University Chennai  Assistant Professor, Institute of Remote Sensing, Anna University Chennai  Assistant Professor, Centre for Remote Sensing, Bharathidasan University  Professor  & Director, Institute of Remote Sensing, Anna University Chennai 

ABSTRACT  Coastal  zones  are  most  vulnerable  for  land  use  changes  in  this  rapid  industrialization  and  urbanization epoch.  It is necessary to evaluate land use – land cover changes to develop efficient  management  strategies.    The  main  Information  on  landuse/landcover  in  the  form  of  maps  and  statistical data is very vital for spatial planning, management and utilization of land.  In the study,  remote  sensing  and  geographic  information  system  (GIS)  were  used  in  order  to  study  landuse/landcover  changes.    Land  use  changes  may  influence  many  natural  phenomena  and  ecological processes,  including runoff,  soil erosion and sedimentation and soil conditions.  The  urban  areas  are  changing  due  to  various  human  activities,  natural  conditions  and  development  activities.    According  to  the  user’s  requirements,  updating  of  landuse  mapping  is  required  to  various departments.  The aims of this study it has been observed that the important coastal land  use types of Vedaranniyam coast (Creeks, Rivers) have been reduced drastically  in their extent  due to reclamation, dredging, tipping and other anthropogenic activities along the coastal zone.  Keywords: Change detection, Land cover, Land use map, GIS.  1. Introduction  Coastal landforms and shoreline conditions (Borges et al., 2004; Konecny, 2003; Voute, Coastal  zones are high biological productive regions and important components of the global bio system.  These  zones  have  wealth  of  mixed  species  and  genetically  diversified  habitat  and  are  major  carbon  sink  and  oxygen  sources.    Thus,  these  zones  play  a  vital  role  in  regulating  climate  and  global ecosystem (Nemani and Running, 1995).  More than world’s half population lives within 60km of the coast and would rise to almost three  quarters  by  2020  (Anon,  1992).   Remote  sensing  satellite  data  provides  a  synoptic  view  of  the  coastal  zones  (Green  et  al.,  1998;  Robinson,  1994;  Sathyendranath  et  al.,  2004).    The  modern  scientific  technologies  of  remote  sensing  and  digital  image  processing  are  extremely  useful  in  periodic  assessment  of  the  coastal  LULC  changes  and  analyze  them  to  formulate  better  management(Klemas,  1986;  Specter  and  Gaylee,1990).   There  are  many  case  studies  that  used  satellite imagery and digital image processing techniques to map coastal zones, 1986).

159 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

1.2 Study Area  The study area is located between 10º 18’ 48’’N to 10º 25’ 5’’N Latitudes and 79º 29’ 54’’E to  79º  51’  59’E  Longitudes,  (SOI  Toposheets  58N11  and  58N15)  with  an  aerial  extent  of  585  Square Kilometer and found in the eastern coast of tamilnadu comprises of Vedaranniyam Coast,  in the Tamilnadu, India (Fig.1).  The Tamilnadu coast of the India is about 1076Km long. 

Figure 1: Location Map of study area  1.3 Data Sources  Digital topographic maps dated 1970 (scale 1:50,000),  Landsat TM , IRS – P6 LISS III and  Cartosat­1 satellite data were used to generate landuse map for 1998 , 2003 and 2008.  2. Methodology  The  research  involed  two  main  steps.  In  the  first  step,  classification  of  satellite  data  for  LuLc  types.  The second step concentrated on the change detection analysis in the lulc types. Analysis  of satellite data includes registration, classification and change detection using post­classification  comparison  (Fig.  ).    Satellite  data  analysis  is  done  by  using  environment  for  visualizing  images(ENVI) and spatial analyst GIS software.  2.1 Data preparation

160 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

Acquired  satellite  data  is  re­registered  using  image  to  map  registration  technique.  Then  each  image was cropped method.  Then each  image was cropped to study aea using  Area of Interest  cropping  method.    These  three  cropped  images  were  re­projected  to  a  common  projection;  universal Transverse mercator with WGS 84 datum and Zone 44 North. 

SOI Toposheet 

Base layer  Land Use Map 1998 

Landsat Data 

IRS – P6 satellite  data 

Visually interpreted using  On screen key  interpretation 

Land Use Map 2003 

Land Use Map 2008

IRS – Cartosat 1  satellite Data 

Figure 2: Methodology flow chart 

2.2 Image classification  The  initital  landsat  (1998),IRS  IC  LISS  III  (2003)  and  final  (2008)  IRS­Cartosat  1  imageries  were subjected to a classification zones.  Visual image interpretation was utilized to classify the  images  to  different  landuse  categories.    In  order  to  classfify  the  rectified  images,  five  classes  were delineated in the images namely, agriculture, fallow land, scrub land, industry and built­up.  the  land  use  map  prepared  for  the  year  1998,2005  and  2008  are  shown  in  figure  3,4  and  5  respectively.  2.3 Change detection  Change detection analysis encompasses a broad range of methods used to identify, describe and  quantity  differences  between  images  of  the  some  scene  at  different  times  or  under  different  conditions.  numerous  of  the  tools  can  be  used  independently  or  in  combination  as  part  of  a  change  detection  analysis.    Change  detection  menu  after  a  straight  forward  approach  to  measuring  changes  between  a  pair  of  images  that  represent  a  pair  of  images  that  represent  on  initial  stage  and  final  stage.    The  change  detection  statistics  for  classification  images  average  used for the compute difference map for image 

161 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

Figure 3: Map Showing the Land Use Categories for the Year 1998 

Figure 4:  Map Showing the Land Use Categories for the Year 2005

162 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

Figure 5:  Map Showing the Land Use Categories for the Year 2008 

Figure 6:  Change detection map showing the land use categories for the year 1998­2008

163 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

Table1: Area under different land use/land cover categories during 1998­2008  LULC  Rate of change  LULC  Rate of change  LULC  Rate of change  1998  in % (1970­1998)  2003  in % (1998­2005)  2008  in % (1970­2008)  88.08  14.71  78.65  13.21  72.37  10.62  5.23  0.87  5.95  1.00  1.32  0.19 

VEGETATION  TOWNS/CITIES  SERTHALAIKADU  44.42  CREEK  SALT PAN  51.46  RIVER/WATER  15.06  BODIES  RESERVED  25.44  FOREST  PLANTATIONS  9.99  MULLIPALLAM  17.74  CREEK  MUD FLAT  199.26  LAND WITH  2.83  SCRUB  CROP LAND  89.90  BEACH  2.33  CHANNEL BAR  0.15  AQUACULTURE  COASTAL  WETLAND  MANGROOVES  CANAL  Total Geographic  area 

7.42 

39.35 

6.61 

37.51 

5.50 

56.25 

9.45 

67.92 

9.97 

2.51 

24.35 

4.09 

32.86 

4.82 

4.25 

24.24 

4.07 

23.11 

3.39 

1.67 

9.91 

1.67 

0.24 

0.04 

2.96 

16.33 

2.74 

15.09 

2.21 

33.27 

200.35 

33.66  211.40 

31.02 

0.47 

20.79 

15.01  0.39  0.03 

73.72  1.33  0.37 

1.16 

0.19 

6.36 

1.07 

2.99 

0.44 

2.99 

0.50 

4.69 

0.79 

3.76 

0.55 

13.37  2.33 

2.23  0.39 

11.31  1.84 

1.90  0.31 

10.33  4.93 

1.51  0.72 

598.95 

100.00 

595.22 

100.00  681.56 

100.00

3.49 

55.14 

8.09 

12.39  139.00  0.22  2.57  0.06  0.25 

20.39  0.38  0.04 

3. Results and Discussion  Table1 shows the  LULC changes and areas of each LULC type  in km 2.  The change detection  map is presented in figure 5. The decrease in wetlands with shrubs/grass class from 1998 to 2008  is  due  to  rapid  urbanization  and  industrialization  along  the  coast  line.    These  anthropogenic  activities had limited entering of high tides and backwaters on to the main land, which are main  source  of  wetlands  along  Vedaranniyam  coast.  Similarly,  decrease  in  woody  vegetation  (Mangroves  and  Coconut trees)  is  also  due to the  above  anthropogenic  activities.  Fallow  lands  have  been increased  from 1998 to 2008. Because  most of the wetlands  have  been converted to  fallow  lands  due  to  non­availability  of  tidal  water/backwater  and  moisture.    But  from  1998  to  2008 this classes have been decreased due to new settlement and infrastructure developments.  4. Conclusions  The present study shows that satellite remote sensing based land cover mapping is very effective  for coastal LULC changes.  The high resolution satellite data such as LISS III data, IRS Cartosat 

164 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

1 and Landsat TM are excellent source to provide information accurately.  From this study, it has  been  observed  that  important  coastal  landuse  types  like  wetlands,  lagoons  drastically  reduced.  Proper  landuse  management  strategies  need  to  protect  the  important  of  coastal  zone  landuse  types before extinction.  5. References  1.  Mas, J.F., 1999, “Monitoring land cover Changes: a comparison of change detection  techniques”, International Journal of Remote Sensing, 20(1), 139­152.  2.  National Remote Sensing Agency/Project Report, 2006, “National Land Use and Land  Cover Mapping Using Multi­Temporal AWiFS data”  3.  R.Manonmani, and G.Mary Divya Suganya ., 2010,’’Remote Sensing and GIS application  In Change Detection Study in Urban Zone Using Multi Temporal Satellite”, International  Journal of Geomatics and Geosciences Vol 1, No1.  4.  Tuhin Ghosh et.al., 2001 “Assessment of Landuse/Landcover Dynamics and shoreline  Changes of Sagar Island Through Remote Sensing”. 22 nd  Asian Conference on Remote  Sensing, 5­9 Nov 2001.  5.  M. Zoran and Anderson.E, 2006 “The use of Multi­Temporal and Multispectral Satellite  Data for Change Detection Analysis of the Romanian Black Sea coastal Zone” Journal of  Optoelectronics and Advanced Materials Vol.8, No.1, p252­256.  6.  Coast Estuary Society of China Ocean and Limnology.  Coast Estuary. Res. Beijing: Ocean  Press; 1990. P.155­164.  7.  Guangdong Provincial STAT. Bureau Yearbook of Guangdong Stat. Beijing: China  Statistical Pres; 1999.  8.  White K,Hesham, El Asmar M. Monitoring changing position of Coastlines using  Thematic Mapper imagery:  an example from the Nile Delta. Geomorphology 1999; 29:93­105.  9.  Phinn SR, Menges C, Hill GJE, Stanford M. Optimizing remotely sensed solutions for  monitoring, modeling, and managing coastal environments, Remote Sensing Environ  2000;73:117­32.  10. Guo L. Dynamic Monitoring by remotely sensing in Yellow River Estuary region.  Remote  Sensing Inform 1997; 1:20­5.  11. Yang X, Damen MCJ, van Zuidam RA.  Satellite remote sensing and GIS for the analysis  of channel migration changes in the active Yellow River Delta, China. J Aquat Geol 1999;  1:146­57.

165 

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS AND GEOSCIENCES   Volume 1, No 2, 2010  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing services 

Research Article                                                                                                                          ISSN   0976 – 4380 

12. Zhenguo H, Weiqiang Z, Fuxiang C.  The submerged Zhujiang Delta.  J Geogr 1995;  50:206­14 [in Chinese].  13. Chen Shuisen, Li Xia, Zou Chunyang.  Analysis on Coastal of Panyu segment of Zhujiang  River estuary for the last two decades using remote sensing and GIS.  J Tropical Oceanogr  2001; 20(3):21­6[in Chinese].  14. Pei­jiu Y. Processes and developing tendency of shoals and channels in Lingdingyang  water. J Waterways Harbours 2001; 22:73­90.  15. Xang­xang X. Dynamic remote sensing monitoring in Lingdingyang.  Remote Sensing  Land Resour 1994; 6:18­24.  16. Peiran L, Ping W, Zhuofu Z, Tiemin.  Analysis of influencing factor on shoal and though  development of Lingdingyang Bay at Zhujiang Estuary.  Journal of Oceanography Taiwan  Strait 2000; 19:119­24.  17. Zhu X.  Remote Sensing of Coastline Changes in Pearl River Estuary. Mar Environ Sci  2001;21:19­22.  18. Zhang J.  The Research on improving the classification accuracy of remote sensing image  using GIS information.  Wuhan Surv Mapp 1990; 1:37­42.  19. Zhifu Y.  The frontal classification and its influence on sedimentation in Lingdingyang.  Zhujiang River Estuary.  Trop Geogr 1994; 13:25­32 [in Chinese].

166