Landsatondersteunde Oesskatting as Beplanningshulpmiddel vir uitbreidings aan

75 Pages·2014·6.1 MB·Afrikaans

COPYRIGHT AND CITATION CONSIDERATIONS FOR THIS THESIS/ DISSERTATION

Attribution — You must give appropriate credit, provide a link to the license, and indicate if
o
changes were made. You may do so in any reasonable manner, but not in any way that
suggests the licensor endorses you or your use.

NonCommercial — You may not use the material for commercial purposes.
o

ShareAlike — If you remix, transform, or build upon the material, you must distribute your
o
contributions under the same license as the original.

How to cite this thesis
Surname, Initial(s). (2012) Title of the thesis or dissertation. PhD. (Chemistry)/ M.Sc. (Physics)/
M.A. (Philosophy)/M.Com. (Finance) etc. [Unpublished]: University of Johannesburg. Retrieved
from: https://ujdigispace.uj.ac.za (Accessed: Date).
LANDSATONDERSTEUNDE OESSKATTING
AS BEPLANNINGSHULPMIDDEL
VIR UITBREIDINGS
AAN 'N GRAANSILONETWERK
IN SUIDOOS-TRANSVAAL
1eur
LUKE ALAN SANDHAM
VERHANDELING
voorgele ter vervulling van die vereistes vir die graed
MAGISTER IN DIE NATUURWETENSKAPPE
In
GEOGRAFIE
,,-
---fJ-S-
ICJ
in die
FAKULTEIT NATUURWETENSKAPPE
aan die
RANDSE AFRIKAANSE UNIVERSITEIT
Studieleiar·~ PROF P A J VAN RENSBURG
Mede-studieleier: DR P J WOLFAARDT
ERKENNINGS
Ek spreek gra49 my opregte d~nk en vaarderinguit teenoor al die persone en instansie~
vat my gehelp het Ilet die uitvoering en voltooiing van h..erdie studie :
* Prof P A J van Rensburg, my studielei~~ en voorsitter van die Departement Geografie,
RAU, vir sy gevaardeerde leiding, belangstelling en aanmoediging waarsonder hierdie
studie no~il ~ie li~ sou gesj~~ het nie.
* .Dr PJ Ifolfaardt, my mede-slu;Sielei.er, vir sy onbaatsugtige hulp, veral tydE>ns die
afro~ding8fase8,vat InAt ~ skerp, kritiese oog vele onduidelike aspekte van d1e stu
die deurboor en (lP9f!helder ilet.
* Die St1gting vir Navorsirgsontwikkeling van die WNNR wat m~t geldelike ondersteuning
van die Bethal-Landsat-Geokoderingsprojek aan my die geleentheid gebied het om hier
die stc~ie uit te voer.
* Die Satellietafstandwaarnemingsentrum (SAWS) van die NITN, WNNR waar aIle aspekte
van die Landsatdata hanteer is en in besondel mnr Tim Boyle aat verantwoordelik was
vir die bedryf van die be~ldverwerkingst~lsel.
* Mnr Hannes Sauer.ann, voorheen van die OTK, Bethal, wat behulpsaam was met die in
sameling van landboukundige data asook met verblyf tydens verskeie bes~eke aan Bethal.
* Mev Annalie.e kruger vir cEll' gebruik vall lItateriaa! uit llaar stucUe wat ook dee1 ge
vor. het van die Bethal-Imndsat-projek.
* Mej Jana OliVier vir die gebruik van kaarte uit haar MSc verhandeling.
* MDr P1eter Erasmus, Departe.ent Geografie, RAU, vir hulp met die rekenaargrafiese-
en kartografiese aspekte van die verhandeling, savel as s~ hcogs gewaardeerde vr1end
skap.
* Prof N T~it, Hoof van die Departe.ent Geografie, Universiteit van die Noorde, wat
mywerkaopdragte sodanig aangepas het o. voltooiing van die verhandeling op hierdie
tydstip aoontlik te aaak.
* MDr Chris Terblanche, Departement Afrikaans, Universiteit van die Hoarde, vir hUlp
.et die t&alversorgi~g.
* Mnr Flip Schoeman, lIy kolleqa in die Departement Geografie aan die Universiteit van
die Noorde, vir hulp .et proeflees asook ondersteun~ngen kritiek tydens die voltooi
ing van die verhandeling.
* My tvee moeders, mevv L J Helfrich en N J Sandham vir hulle omv3ttende en deurtasten
de proeflees van die grootste deel van die finale manuskrip.
* Hev Alta Wilson wat die voorlopige manuskrip getik het.
* Hev Ethel Botes vir die t(>~ge"yde en bekwame tik van die finale manuskrip.
iii
* My vrou, E!eanor vir haa~ ondersteuning en aanmoediging w~t nooit ~erflou het nie,
en my dogtEr, DeLorah - aan hulle word hierdie verhandeling opgedra.
* AIle dank en eer aan die Almagtige God wat cns en alles om ons heen geskape het,
sonder Wie niks moontlik is nie.
iv
SUMMARY
Landsat MSS de~a were used to calculate ti,e are~ OE cultiv2ted cropland per h!i0 service
area (range) within the Western.Region of the Rervice area of the 8&,'tern Trans~~al Co
operat:.vc (ETC). The area of ~,opI3nd thus obtained was inLeLf~,ed ~~tL c spatial~y con
toured surface of potential yield (per hectare) to determIne the size of the poten~ial
crop of the silo range. The potential crop size was used to estimate the silo capacity.
which was used to evaluate the suitability of the e~tsting silo capaeity. thus serving
as an input for planning extensions to the silo-network.
Agricultural dcl~o we:e gathered by means of questionnaires ~nd aerial photographs for
approximately 100 farms in the study area. ~rom these data point values of potential
yield were used to construct an isopleth map of \~tential yield per hectare. The re
~aining data were used for training an~ testing purposes. Training data were used for
the development of the statistical classification algorithm (classifier) which was a~­
plied to the Landsat data to distinguish cult1vated cropland from all other types of
land use. Test data were ~sed to test the classification accuracy by means of site
specific and non-site-specific accuracy tests. Classificution accuracy of cropland iden·
tification and estimation was satisfactory at an dr~eptably high level of significance.
The boundaries of silo ranges and the isopleths of potential yield were spatially regis
tered and graphically superimposed onlo the Landsat i~ag~. thus dividing rhe image into
subdivisions of potential yield within s~lo ranges. The classifier was then applied to
each subdivision successively. resulting in the area of c~ltivated cropland in each sub
division. Interfacing took place when the area of cr.jpLand within ecch subdivision was
multiplied by the mean value of the potential yield class of each ~ubdivision. The re
sult"ilt val~e was the size of the rolential crop of each subdivision. Multiplying and
summing for all subdivisions with~n each silo range provided the potential crop size
of the silo ranges. Simple COlre~at~on analysis was then carried out between poter-tial
crop size and silo capacity for 14 silos in the study area. A significantly high posi
tive coefficient of correlation enabled an equation of regresEion to be calculated by
means of which silo capacity was estimated usiug the potential crop size as independent
variable.
Results of Chi-squared accuracy tests showed at the highest level of significance that
a positive relationship existed between classification results and test data for 17
test farms. Interfacing showed that the estimated capacifies of five out of 14 silos
differed to such an extent from existing capacities that two silos were evaluated as
being too small and three silos as heing too large.
This study has shown that Landsatdata can be used as an aid to evaluate the SUfficiency
of a silo-vetwork with respect to the capacities of the sllos and thus can be ~s~d as
au aid to plan extensions to a silo-network with reference to both enlargement of exis
ting silos and capacities of new silos.
It should be noted that classification results could be improved by multi-temporal clas
sification and by improvements in the spatial. spectral. radiometric and temporal re
solution of the satellite data.
v
INHOUD
HOOFSTUK 1 ORleNTERING EN PROBLEEMSTELLING
1.1 INLEIDING 1
1.2 ORleNTERING 1
1.3 PROBLEEMSTELLING 3
1.3.1 Die Bethal-Landsat-Geokoderingsprojek 3
1.3.2 Doelstellings van hierdie studie 3
1.4 STUDIEGEBIED 3
1.5 WAAROM LANDSATDATA? 7
1.6 ALGEMENE NAVORSINGSMODEL 7
1.7 GEOGRAFIE EN AFSTANDWAARNEMING 9
1.7.1 Geografie as dissipline 9
1.7.2 Die waarde van afstandwaarneming in geografie 10
1.7.3 Geografiese Inligtingstelsels (GIS) 10
1.8 OPSOMMEND 12
HOOFSTUK 2 METODOLOGIESE AGTERGROND
2.1 AFSTANDWAARNEMING 14
2.1.1 Satellietafstandwaarneming 14
2.1.2 Landsat 14
2.2 BENADERINGS TOT AFSTANDWAARNEMING EN BEELDVERWERKING 16
2.2.1 Patroonherkenning 17
2.2.2 Die statistiese benadering 17
2.3 GEBRUIKSTOEPASSINGS VAN SATELLIETINLIGTING 18
2.3.1 Algemene toepassings van Landsatdata 18
2.3.2 Landboukundige toepassings - enkele voorbeelde 18
2.3.3 Toepassings deur die VSA-Departement Landbou (USDA) 18
2.3.4 Multitemporele toepassings 20
2.3.5 CROPCAST 20
2.3.6 Toepassings in Suid-Afrika 20
HOOFSTUK 3 DATA-INSAMELING
3.1 DATA VAN LANDBOUKUNDIGE AARD 21
3.1.1 Aard van die data 21
3.1.2 lnsameling 21
3.1.3 Grondpotensiaalvlak 21
3.1.4 Waarde en betekenis van grondpotensiaal 24
3.2 LANDSATDATA 25
3.2.1 Redes vir keuse van die beeld 26
HOOFSTUK 4 DATA-ONTLEDING
4.1 INLEIDING 27
4.2 VOORAF-BEELDVERWERKING 27
4.3 OPLEIDING VAN DIE KLASSIFISEERDER 27
4.4 KLASSIFIKASIE-AKKURAATHEID 31
4.4.1 Kwalitatiewe akkuraatheidsbepaling 32
4.4.2 Kwantitatiewe akkuraatheidsbepaling 33
4.4.3 Bespreking van resultate 42
i
I
I
j
vi
HOOFSTUK 5 INTERSKAKELING VAN DATA STELLE
5.1 'N EKONOMIESE-GEOGRAFIESE ONTLEDING VAN DIE GRAANSILONETWERK IN DIE
BEDIENINGSGEBIED VAN DIE OTK 43
5.2 INTERSKAKELINGSFASE 45
5.3 WERKMETODE 46
5.4 BEELDREGISTRASIE 47
5.5 OPPERVLAKTEBEPALING 50
5.6 BEPALING VAN POTENSleLE PRODUKSIE 50
5.7 RESULTATE VAN INTERSKAKELING 51
5.7.1 Verwantskappe : Korre1asie- en regressie-analise 52
5.8 SLOTSOM 55
HOOFSTUK 6 SINTESE
6.1 INLEIDING 56
6.2 EVALUERING VAN DIE STUDIERESULTATE 56
6.2.1 Doeltreffendheid van die studie 56
6.2.2 Gevolgtrekking 57
6.2.3 Koste-effektiwiteit 57
6.3 EVALUERING VAN TEGNIEKE I METODIEK 58
6.4 VERBETERINGE IN KWALITEIT EN BESKIKBAARHEID VAN DATA 58
6.4.1 Leemtes in die data 58
6.4.2 Duplisering van data 59
6.4.3 Aanbevelings : TI Geografiese In1igtingste1sel 59
6.4.4 Kwa1iteitsverbeteringe 61
6.5 LANDSATDATA 61
6.5.1 Weerstoestande 62
6.5.2 K1assifikasie van data 62
6.5.3 Multitemporele klassifikasie 62
6.5.4 Resolusie en die Tematiese Karteerder (TK) 62
6.6 SLOTSOM 63
BRONNELYS 65
I
HOOFSTUK 1 ORIENTERING EN PROBLEEMSTELLING
"One of the most pressing problems facing society today is that of feeding and
housing the people of the wJrld . In order to achieve ~hi~ aim it is nece3-
sary to have uo to date information concerning present land use. and c~anges
in la~d and crop condition" (Barret~ en Curtis, 1976:26~).
1.1 INLEIDING
Gecg~afie is u~e wete~~~~p ~~arin onder andere gepcog word om die ruimtelike verbreiding
van patrone te beskryf, ~sook om die 00rsake van die patrone ~e best'l~eer cn te verklaar.
Geograwe probe~r om die vr~~~ "Why are ~paEial d ztributions structured the way they are?"
(Abler, Adams en Gould. 1977:56~ t~ beantwoord. 0m hierdie vr~ag ~e bea~twoord. word 1n
Jigtlng aangaande Qie betrokke patroon benodlg. Uit Barrett en Curtis se aanhaling is dit
duidelik dat die wees onlangse. sowel as die meec, akkurate beskikbare inligting benodig
word. Dikwels moet die inligting herhaaldelik ingesamel word om verauj~ricge in die patroon
te monitor. Voorbeelde van sulke ruimtelike patrone is onder an1ece klimaatspatrone. stede
like gebiede, bosbrande. siektetoestande in plante en die ontwikkel~ngstadiavan nuwe ge
waSAe, Die beplanning en b0stuur van ~ voedselbron is ~ verdere voorbeeld van n ve~3n­
derende ruimtelike patroon waarvoor goeie inligting noodsaaklik is. Myers (1983:2158) som
die si tua.tLe so op
"Resource management dec~sion makers ace in need of logical methods for col
lecting, recording and interpreting data for th~ ~evelopment and ma~agement
of our natural resources. Remote sensir.g offers appreciablp. advantag~s cv~c
current methods of conducting resource suz-vevs
i "
Bepl~nning is in die huidl~e wAreld van snelle bevoLkinystoename nog meer as Doit ft funda
mentele noodsa~klikheid.uie si~volle en betydse be~:a~ning van voedselvoorsiening is ab
soluut cnon~beerlik veral in lande SODS Suid-Af~ika ~aar gewasverbouing soms ven uiters
wisselvallige klima~tstuestandeafhanklik is. "O~ ~ doeltreffen~e hantering van voedsel
yoorsiening op ~ globale HkaaJ ~oontlik ~E ~aak, word inligting gedurig v0reis. Die in
ligting moet ook nie verouderd wees nie en moet herhaaldelik verkry kan word" (Van Dyck,
1982:129). Satellietdata ~n die rekenaaronder~teundeverwerking daarvan tel onder die
snelste. deeglikste en omvattendste dataversamellngs- en verwerkingstegnieke beskik';aar.
Myers (1983:2153) stel dit 50 :
"The estimation of c~op acreage, recognition of crop stress, and tim~ly and
~ccurate prediction of cro~ yield are matters of critical jnte~est everywhere."
Die belang van beplanning v~n Yoedselvocrsiening aan die hand van satelli8tdata is :n die
vorige paragraaf aangetoon. Een bran van Eatellietdata wat reeds vi~ ougeveer 13 jaa= be
sl<ikbaar is. if: die data wat deur die Landsatreeks van aardbuLpbronaat.eLl.Let e illgesamel
word. Sedert die data beskikbaar geword i.et, is verskeie eksperimente'e en operasionele
landboukundige toe~assings v~n hierdie data veral in die VSA en Kanada uitgevoer. In Suid
Afrika is slegs er-keLe Landboukundi.qe toepassinc;s g~maak onder andere sandham (1982),
Van Dyck (1982). M"]an en Turne:- (1982) en Wolfaardt (1983). Hierdie studie sluit ,1S 'n
veraere ~tap by boqenoemde tcepassi~gs aan.
1.2
:~K) is ~ kodperatiewe o~ganisasiewat ~ yebieti in
2
20'
22',
I
I
CJerban
30
I
i
I OTk-8edienin/JSllebied
"i._
100
28' 32'
Fig 1.1 Ori~nterin3skaart : GTK-bedieningsgebied en LandsatbeeZddekking
die Oostelike Transva31se hoeveld bedien (fig 1.11. Hierdie organisasie besit vers""-,.1e
graansilc's wat oor d~e bedieningsgebied versprei is. Die OTK probeer om te aIle tye hier-
die silo's optimaal te benut. Dit beteken dat die situasie w~ar bv sekere silo's oorbeset
en ander silo'S onderbeset word, vermy moet word. Oak word gepoog om erige nuwe silo's
of uitbreidings aan bestaande silo'E, optimaal te plaab. Sulke doelstellings kan slegs
hereik word, as onder andere genoegsame inligting oor die ruimtelike 1igging van gebiede
van hoer en laer opbcenqspotensLaaj qer-eeLd inges,:me1 word.
"The estimation of crop acreage, recognition of crop stress, and timely and
accurate prediction of crop yield are matters of critical interest everywhere"
(Myers, 1983:2153).
Die vraag is : Watter in1igting word vir bogenoe~de doel benodig? Newman (1983:11 antwoord
so :
"The final sizp o~ a nations crop iri any given year is determined by (dverage
national yLe.Ldl X (acres harvestedI...
Dit is reeds gestel hoe ~ belangrike inligtingsbron satellietdata en die verwerking da~r­
van is. Die gebrulkswaarde va~ afst~ndwaarnemingby gewasconames is afhankl2J~ van di~
vermoe om gewasse van belang korrek te herken ten opsigte van ligging pn tipe vanuit die
afI't.andwaargencme soekt raLa syferc:ata. ('ll Bespreking van scekt rd1'" svferdata ·;01gin
hoofstuk 2.) Indien die gewasse nie k~nsekwent korrek h~rken en onderskei kan word nie,
kan die doelstel1ing om akkurate ge~&so~pervlaKte-bepalingsen produksieskattings te
voorsien, nie bereik word nie (Myers. 1983). Daar hestad~ egter by die OTK 'll tekort .~an
beskikbare in.i:gting oor die oppervlakte onder bewerking in vcrskillende dele van die
'i
bedieningsgebied, en gevo1g1ik is daar ook tekort aan inligting oor die moontlike
opbrengs wat gelewer kan word (pctensiEHe produksie). H~erdie stndre is gerig up die <Je
ncemde inligtingstekort, en konsentreer ~p die Wesstreek van die OTK se bedieningsge
bied (fig 1.2).
1.3 PROBLEE~lSTELLTNG
1.3.1 ~le Bethal-Landsat-Geokoderingsprojek
~ierdie studi~ vor~ d~el van die Betha1-Landsat-Geokudcringaprojek, 'll navo~singsprojek wat
gesa~entlikdeur die Randse Afrikaanse Universiteit (RAU). die Stigtin~ vir Nclvorsingsont
wikkeling (SNO*) van die rietenskaplike en Nywerheidsnavorsingsraad (WNNR) en die Oostelike
Transvaalse Kcoperasie (OTK), bedryf en geborg word. D~e tydsduur van die e~rste fase van
die ?ro~ek is 1982-01-01 t0t 1984-l2-3l. Die a1gemene doelstellings van d~e prriek is :
Di~ interskake1ing van Landsat-inligting met tersaaklike geokodeerde inligting
van fisieseiekonomiese/1andbcukundige aard in die Wesstreek v~n die OTK-bedien
ingsgebied met die oog op :
(i) optimering v~n siloplasing en -uitbreiding (eerste fase): en
(ii) ontwikkeling V~~ ~ oesskattifigs~odel (opvolgfa~es) (SNO projekvtorst~l,
August'ls 1982).
Aspek~c van die proJek ~~t nie van hierdie studie ceel vorm nie, sJ.uit in
cntleding van die bestaande verkeersnetwerk,
hellingsanalise soos van betr~kking cp verkeersnetwerke,
bepa1ing van bestaande en ~eoLeties~-vervoerekonomiesereikwydtes van graan
dilo's,
ruimtelike uitbeelding van resultate verkry uit analises.
1.3.2 Doe1stellings van hieraie studie
(i) Landsat-syferdata word aangewer.d 0~ bewerkte landerye aan die hand van bode~k~n­
nis te ider.tifiseer, a~
(ii) die oppervlakte onder bewerking te bepaal.
(iii) Deur die interskakeling van liggings- en opperv1akte-in1igting met grondpotensiaal
waardes, word die potensiele mielieprod..vsie van gebiede in die OTK se Wesstreek
bepaal.
(iv) Produksie-inligting verkry uit (i) - (iii) dien as ir.set by die evaluasie 'ian die
graar.leweringspatroon sowel as die 1igginqsbeplanning van uitbr~idinqs aan die
bestaande silonetwerk.
1.4 STUDIEGEBIED
Die studiegebiec behels die Wesstreek van die bedieningsqebled van die OOl'telike Transvn01-
* Voorhe~n KWP --KoBperatiewe Wetenskaplike Programme