Analysis of land use changes in the Tri-City metropolitan area based on the multi-temporal classification of Landsat and RapidEye imagery

The aim of the study was to diagnose the main trends of land cover changes around urban agglomerations over the last twenty years (1997–2016) on the example of Tri-City, and to present them statistically and graphically in the form of compilation of numerical maps. The research was performed on the basis of remotely sensed data: LANDSAT 5 TM satellite imagery from 1997 and RapidEye from two records (2011, 2016). The metropolises of Gdańsk, Gdynia and Sopot, constituting the core of metropolitan area (MA), and municipalities belonging to the Tri-City MA located in its vicinity were selected for detailed analyses – the inner zone of 2 communes and the outer zone, also of 2 communes (MA outskirts). In the selected metropolitan area, communes with good and poor natural conditions for agricultural production were studied. The analyses were performed on processed images (colour compositions), which were subjected to supervised classification with the maximum likelihood technique. The quality control of supervised classification showed an accuracy of 87.2% for LANDSAT 5 TM scene analyses and 93.8% for RapidEye imagery. The Kappa coefficient for the discussed classification was, respectively: 0.85 (LANDSATTM) and 0.93 (RapidEye). The conducted analyses showed that in the communes there were changes in the way of using arable land and grassland. The greatest changes took place in communes with a low Agricultural Production Space Valuation Ratio (APSVR). Grassland, and to a lesser extent areas with scattered development, replaced arable land. In Gdańsk, Sopot and Gdynia, belonging to the TriCity, the greatest changes over 20 years took place in arable land, which altogether diminished by 17%, and forest land (13% in total). All this to the benefit of grassland (increase by 23%) and built-up areas (10% in total in all cities).

Celem opracowania było zdiagnozowanie głównych trendów przemian pokrycia terenu wokół aglomeracji miejskich, na przykładzie Trójmiasta, na przestrzeni ostatnich dwudziestu lat (1997-2016) oraz ich statystyczne i graficzne zaprezentowanie w postaci kompilacji map numerycznych. Badania zostały wykonane w oparciu o dane teledetekcyjne: zobrazowania satelitarne LANDSAT 5 TM z 1997 roku i RapidEye z dwóch rejestracji czasowych (2011, 2016). Do szczegółowych analiz wybrano metropolie Gdańsk, Gdynię i Sopot stanowiące rdzeń OM oraz gminy należące do obszaru metropolitarnego (OM) trójmiejskiego położone w jego sąsiedztwie – strefa wewnętrzna (2 gminy), a także na jego obrzeżach (strefa zewnętrzna), także 2 gminy. W danym obszarze metropolitarnym badane były gminy o dobrych i słabych warunkach przyrodniczych produkcji rolniczej. Analizy przeprowadzono na przetworzonych obrazach (kompozycjach barwnych), które poddano klasyfikacji nadzorowanej przy użyciu techniki największego prawdopodobieństwa. Kontrola jakości klasyfikacji nadzorowanej wykazała dokładność na poziomie 87,2% w przypadku analiz scen LANDSAT 5 TM oraz 93,8% dla zobrazowań RapidEye. Współczynnik Kappa dla omawianej klasyfikacji wyniósł odpowiednio: 0,85 (LANDSAT TM) oraz 0,93 (RapidEye). Prowadzone analizy wykazały, iż w badanych gminach zachodziły zmiany w sposobie użytkowania gruntów ornych i użytków zielonych. Największe zmiany nastąpiły w gminach o niskim WWRPP (Współczynnik Waloryzacji Rolniczej Przestrzeni Produkcyjnej). Użytki zielone, a w mniejszym stopniu tereny o zabudowie rozproszonej zastąpiły grunty orne. W Gdańsku, Sopocie i Gdyni należących do Trójmiasta największe zmiany na przestrzeni 20 lat zaszły w na terenach gruntów ornych, których ubyło łącznie 17% oraz użytków leśnych (ubyło ich bowiem łącznie 13 %). Wszystko to na korzyść terenów zielonych (przybyło ich 23%) oraz terenów zabudowanych, których powierzchnia zwiększyła się łącznie we wszystkich miastach o 10%.