A terepi adatrögzítést terhelő hibalehetőségek feltárása

A kiválasztott hét tájablak műholdas helymeghatározó eszközökkel történő felmérésére 2010-ben, a vegetációs időszakban került sor. Elsődleges célom a 2005 nyarán a kistájról készült ortofotókról számítógép-képernyőn vektorizált, valamint a GPS-szel felmért tájfoltok geometriai és tematikus pontosságának összehasonlító vizsgálata, terepi ellenőrzése volt. Ismert, hogy a légifelvételek készítésének időpontjától távolodva a tájszerkezet változik, ezért a „valós világ” alkotóinak geometriája és tematikus tartalma egyre inkább eltér a képeken rögzített pillanatnyi állapottól. Sajnos a 2005. évi légifényképezés ideje alatt nem volt lehetőségem a Tiszazugban terepi validálást végezni, emiatt a vizsgálatok elsősorban az azt követő 4-5 évben a kiválasztott mintaterület-részletek tájalkotó elemeiben végbement változások kimutatására irányultak.

2 A projekt (Spatial Indicators for European Nature Conservation) célja olyan műholdas távérzékeléssel előállított adatokon és azok térinformatikai feldolgozásán alapuló osztályozási módszerek tesztelése és fejlesztése volt, amelyek alkalmasak a mezo- és mikroléptékű vegetáció- és élőhelytérképek előállítására. Indikátorok révén értékelik az egyes élőhelyek természetességét, lehetővé teszik az ökológiai hálózatok (pl. Natura 2000 területek) gyors és hatékony monitoringját, valamint a szükséges kezelési feladatok meghatározását (Bock et al. 2005).

3 Ez az indikátorgyűjtemény (Indicator Database for Scientific Exchange) egy grafikus felületen információkat szolgáltat a fontosabb paraméterekről, megadott feltételek alapján lehetővé teszi azok szűrését (Klug et al. 2003).

55

A tájváltozás-vizsgálatok terepi munkarészeinek (általában műholdas rendszerekkel végrehajtott mérések) lebonyolítása során nagyszámú hibalehetőség adódhat, melyeket a tájökológiai szakirodalom gyakran nem, vagy csak felszínesen tárgyal. Ezeket a bizonytalansági tényezőket érdemes figyelembe venni a terepen gyűjtött adatok tájmetriai feldolgozása során. A mérések egységes szempontrendszer – azonos műszerbeállítások, a felszínborítási kategóriák részletes leírása – alapján történtek, melyek megbízhatóságát ennek ellenére számos tényező befolyásolta. Ezek közül a fontosabbak a következők voltak:

 A különböző típusú mérőműszerek gyártók által megadott, s a használatkor is tapasztalt változó átlagos mérési pontossága.

 A GPS-méréseket terhelő hibaforrások. Műholdak pályaadatainak hibái, műholdak és vevőkészülékek órahibái, atmoszférikus refrakció, a vevők antennájának hibái, fázis-többértelműség, ciklusugrás, többutas terjedés, interferencia, pontossághígulás, relativisztikus hatások (Bácsatyai 2002, Ádám et al. 2004, Bányai 2007, Krauter 2007).

 A műholdaknak a vevőhöz viszonyított geometriai helyzete (PDOP-érték).

 A felvételezést végrehajtó személyek eltérő terepi rutinjából és szakmai jártasságából eredő szubjektív tévedési lehetőségek. Mit tekinthetünk tájfoltnak, pontosan hol húzódik egy mozaik határa, melyik felszínborítási típusba tartozik.

 A mérést végző személyek szabad mozgását akadályozó, gyakran antropogén eredetű, főként vonalas fragmentáló tereptárgyak, objektumok (pl. kerítés, villanypásztor, vizes árok).

Mivel a vektor alapú rendszer mindhárom geometriai alakzatával dolgoztam, ezért fel kellett tárnom az egyes pontok, élek és felületek szomszédsági kapcsolatait, az egy rétegen belüli vagy az azonos geometriájú rétegek közötti objektumok viszonyait, s a topológiai szabályoknak megfelelően javítanom a hibákat. A topológia építése, szerkesztése elengedhetetlen az adatok feldolgozásakor, s segít az adatrögzítésből – terepi felvételezés, digitalizálás – eredő hibák kiszűrésében és javításában (Turczi 2007, Ormsby et al. 2010, Internet 10). Számomra a terület-vonal és a vonal-terület topológiának volt nagy jelentősége. Előbbi azt mutatja meg, hogy egy felületet mely vonalak határolnak, utóbbi pedig fordítva, a vonal bal és jobb oldalán elhelyezkedő területeket írja le. Ez biztosítja az egyes felületek szomszédsági kapcsolatainak azonosítását (Czimber 2001).

A felmért vonalláncok topológiai hibákat tartalmaztak, mivel a két vagy több egymás mellett fekvő tájmozaik valóságban azonos, ugyanazokat a csúcsokat összekötő élpárjai (többszörös vagy párhuzamos élek) az érintés helyett vagy függetlenek voltak és nem illeszkedtek pontosan egymáshoz, vagy metszették egymást. Tehát nem valósult meg a gráfelméletben leírt lap- vagy poligonszomszédság esete (Detrekői és Szabó 2002, Demeter 2009), s gyakran a

56

vonalláncok sem záródtak tökéletesen, nem képeztek poligonokat. Korábban már utaltam rá, hogy a feldolgozás során minden tájalkotó elemet poligonnak tekintünk.

10. ábra. Az adatrögzítés során fellépő hibalehetőségek. A magyarázatot lásd az ábra utáni szövegben.

A műholdas helymeghatározó készülékekkel és a mobileszközökkel felmért rétegek esetében a következő hibákat tártam fel (10. ábra):

a. A pontok gyakran nem a tájmozaikok éleire, csúcsaira estek.

b. Az egyes vonalláncok kezdőpontja nem egyezett meg a saját végpontjával.

c. Az adott rétegen (jelen esetben a tájalkotó elemek foltéleit reprezentáló egy-egy útvonal) belül a vonalláncok gyakran egymást metsző vagy átfedő szakaszokat képeztek, annak ellenére, hogy azok csak végpontjaikban érintkezhetnek.

57

d. A vonalláncoknak sok esetben maradt szabad végpontjuk. Ez nem meglepő, hiszen a műholdas helymeghatározásnál és a vektorizálásnál is gyakori hiba az ún. alul- és túllövés (hézag vagy túlnyúlás képződik).

e. Megvizsgáltam, hogy minden vonallánc egy-egy mozaikot modellez-e. Ez azért volt fontos, mert a foltok nem állíthatók elő több szakaszból (multipart feature), illetve nem lehet látszólagos csomópontjuk. Az elemzés során az egy csúcsban végződő többszörös foltéleket gyakran olyan zárt vonalként adtam meg, amely nem megy át kétszer egyetlen csúcson sem. Ez a szabály viszont feltételezi, hogy a hálózat minden elágazásából legalább két új térbeli elem indul ki. Tehát ez a típusú kapcsolódás nem feltétlenül jelentett hibát.

f. Egyes objektumoknál az önmagukat keresztező vagy átfedő vonalláncokat sikerült azonosítanom.

g. Az azonos geometriájú rétegek szomszédos mozaikjainak vonalláncai sok esetben nem voltak fedésben egymással.

h. Előfordult, hogy a poligontípusú rétegelemek átfedő térrészleteket (metszeteket) képeztek.

i. Szintén a felületek esetében gyakori volt, hogy a poligonok élei nem illeszkedtek pontosan egymáshoz, emiatt itt hézagok képződtek.

Ha nem javítjuk a hibákat, akkor az egyes foltok geometriai tulajdonságai (pl.

terület, kerület, alak) és relatív térbeli kapcsolatai (közelség, konnektivitás, stb.) pontatlanul kerülnek megadásra. Ezeknek elsősorban akkor van jelentősége, amikor egy kis térrészletet elemzünk igen részletesen. A kutatás során én is ilyen mikroléptékű vizsgálatokat végeztem. A különbségeket a „B” jelű tájablak (Búzás-sziget, Tiszainoka és Tiszakürt) két véletlenszerűen kiválasztott tájmozaikjának eredeti, összevont, de topológiailag nem helyesbített, illetve javított változatain keresztül mutatom be (11. ábra). Az eredeti adat a műholdas helymeghatározó készülékből kinyert vonalláncokat jelenti, melyeket szoftveresen poligonokká alakítottam át.

A poligonok geometriai jellemzői között első ránézésre minimális az eltérés:

önálló elemeket képeznek, a felületeket határoló élek hossza és irányultsága hasonló.

Emiatt feltételezhetjük, hogy a belőlük számított legegyszerűbb tájmetriai paraméterek közül a foltszámok (Number of Patches, NP) megegyeznek, a foltterület (Patch Area, AREA), a foltkerület (Patch Perimeter, PERIM) és a kerület/terület arány (Perimeter-Area Ratio, PARA) értékei pedig alig térnek el egymástól. Az eredmények nem támasztják alá ezt a feltételezést. A különbségeket a fentebb említett hibák, elsősorban az önmagukat keresztező vagy átfedő vonalművek, szakaszok okozzák (10/c. és 10/f. ábra). Ha a GPS-szel felmért adatokat a számítógépre letöltjük, megjelenítjük, és a zárt vonalláncokat szoftveresen felületekké alakítjuk át, akkor látszólag szinte kész folttérképet kapunk. A tájmozaikok azonban sok esetben mikroméretű poligonokat tartalmaznak, amelyek

58

a számítógép-képernyőn gyakran rejtve maradnak. A 11. ábrán ezeket az elemeket kék színnel és fekete kerettel jelöltem.

11. ábra. Eltérések az eredeti (E), az összevont (Ö) és a topológiailag javított (TJ) tájmozaikokból számított tájmetriai mutatók értékei között. NP = Number of Patches:

foltszám, AREA = Patch Area: foltterület, PERIM = Perimeter: foltkerület, PARA = Perimeter-Area Ratio: kerület/terület arány). Az eredeti adatoknál az elemek területének és

kerületének összegét, a kerület/terület aránynál a számtani középértéket adtam meg.

A tájmetriai feldolgozás során a nagyméretű felületek és a szilánkpoligonok is mozaikokat képeznek, emiatt több folt kerül azonosításra, mint amennyi ténylegesen létezik. Ez a terület és a kerület mutatóknál általában nem jelent problémát, bár az igen kisméretű elemek miatt az eredeti mozaikok kerülete és területe is nagyobb lesz a javított topológiájú poligonoknál. Komoly eltérés van viszont a kerület/terület index esetében, amely a foltok kompaktságát fejezi ki. Ez az arány annál nagyobb, minél összetettebb a folt alakja. A mutató érzékeny a méret és az alak változására, a foltméret növekedése a paraméter csökkenését eredményezheti (McGarigal és Marks 1995). Ezzel magyarázható, hogy a mikroméretű poligonok kerület-terület arányai több esetben a százas vagy az ezres nagyságrendet is elérték (11. ábra). Így jelentősen torzították a nagy foltok értékét, amelyek viszont önmagukban alig tértek

59

el a javított mozaikok értékétől. A tájak hierarchiarendszerében a legkisebb kiterjedésű elemi alkotórészek, az ökotópok mérete is eléri a néhány tíz vagy száz négyzetmétert. A metrikák számítása során fellépő hibákat elkerülhetjük azzal, ha ezeket a szilánkokat abba a foltba olvasztjuk be, amelyhez tartoznak. A geometriai és a szomszédsági kapcsolatok ellenőrzése és az esetleges pontatlanságok javítása természetesen ebben az esetben is ajánlott. Meg kell jegyezni, hogy a példához kapcsolódó megállapításaim az összes, GPS-szel vagy mobileszközzel felmért tájmozaikra általánosíthatók.