Mapping Road Infrastructure in Developing Countries Applying Remote Sensing and GIS - The Case of the Taita Hills, Kenya

Road transport and infrastructure has a fundamental meaning for the developing world. Poor quality and inadequate coverage of roads, lack of maintenance operations and outdated road maps continue to hinder economic and social development in the developing countries. This thesis focuses on studying the present state of road infrastructure and its mapping in the Taita Hills, south-east Kenya. The study is included as a part of the TAITA-project by the Department of Geography, University of Helsinki. The road infrastructure of the study area is studied by remote sensing and GIS based methodology. As the principal dataset, true colour airborne digital camera data from 2004, was used to generate an aerial image mosaic of the study area. Auxiliary data includes SPOT satellite imagery from 2003, field spectrometry data of road surfaces and relevant literature. Road infrastructure characteristics are interpreted from three test sites using pixel-based supervised classification, object-oriented supervised classifications and visual interpretation. Road infrastructure of the test sites is interpreted visually from a SPOT image. Road centrelines are then extracted from the object-oriented classification results with an automatic vectorisation process. The road infrastructure of the entire image mosaic is mapped by applying the most appropriate assessed data and techniques. The spectral characteristics and reflectance of various road surfaces are considered with the acquired field spectra and relevant literature. The results are compared with the experimented road mapping methods. This study concludes that classification and extraction of roads remains a difficult task, and that the accuracy of the results is inadequate regardless of the high spatial resolution of the image mosaic used in this thesis. Visual interpretation, out of all the experimented methods in this thesis is the most straightforward, accurate and valid technique for road mapping. Certain road surfaces have similar spectral characteristics and reflectance values with other land cover and land use. This has a great influence for digital analysis techniques in particular. Road mapping is made even more complicated by rich vegetation and tree canopy, clouds, shadows, low contrast between roads and surroundings and the width of narrow roads in relation to the spatial resolution of the imagery used. The results of this thesis may be applied to road infrastructure mapping in developing countries on a more general context, although with certain limits. In particular, unclassified rural roads require updated road mapping schemas to intensify road transport possibilities and to assist in the development of the developing world.

Effects of the digital subtitling software on the subtitling process : A survey among Finnish professional television subtitlers

Tutkielma käsittelee suomalaisten televisiotekstittäjien ammatillisuutta, käännösprosessia ja digitaalisten tekstitysohjelmien vaikutuksia tekstitysprosessiin ammattitekstittäjien näkökulmasta. Suomen television digitalisoituminen on aiheuttanut mullistuksia myös tekstitysalalla kun tekstitettävä kuvamateriaali on ryhdytty toimittamaan käännöstoimistoille ja tekstittäjille digitaalisena. Teoriaosuudessa käsitellään käännös- ja tekstitystutkimusta sekä koulutusta Suomessa, ammattitaitoa ja ammatillisuutta sekä kääntämisen apukeinoja. Tekstittäminen esitellään erikoistuneena kääntämisen muotona. On kuitenkin myös huomioitava, että kääntäminen on yksi vaihe tekstitysprosessissa. Teoriaosuus päättyy suomalaisten televisiotekstittäjien arjen ja työkentän nykytilanteen käsittelyyn – tekstittäjät työskentelevät monenlaisilla työehdoilla ja laadun kriteerit saatetaan joutua arvioimaan uudelleen. Empiirisen osan alussa esitetään, että suomalaisia televisiotekstittäjiä on haastateltu yllättävän vähän, ja Jääskeläisen ajatuksiin nojaten mainitaan, että tekstittämisen alalla on vielä paljon tutkimatta – etenkin suomalaisesta tekstitysprosessista löytyy tutkittavaa. Tutkimuskohde on ammatikseen televisioon tekstityksiä tekevät kääntäjät. Suomalaiselle tekstitykseen erikoistuneelle käännöstoimistolle työskenteleville tekstittäjille lähetettiin alkutalvesta 2008 kyselylomake, jolla kartoitettiin sekä monivalintakysymyksillä että avoimilla kysymyksillä heidän ammatillisuuttaan, työmenetelmiään, käännös- ja tekstitysprosessiaan, ammattiylpeyttään ja -identiteettiään, ajanhallintaansa, sekä heidän käyttämäänsä digitaalista tekstitysohjelmaa. Tutkimuksessa kävi ilmi, että lähes kolmanneksella vastaajista on ammatistaan neutraali tai jopa negatiivinen käsitys. Näitä tekstittäjiä yhdistää se seikka, että kaikilla on alle 5 vuotta kokemusta alalta. Valtaosa vastanneista on kuitenkin ylpeitä siitä, että toimivat suomen kielen ammattilaisina. Tekstitysprosessi oli lomakkeessa jaettu esikatseluvaiheeseen, käännösvaiheeseen, ajastamisvaiheeseen ja korjauskatseluvaiheeseen. Tekstittäjät pyydettiin mm. arvioimaan tekstitysprosessinsa kokonaiskestoa. Kestoissa ilmeni suuria eroavaisuuksia, joista ainakin osa korreloi kokemuksen kanssa. Runsas puolet vastaajista on hankkinut digitaalisen tekstitysohjelmiston käyttöönsä ja osa ajastaa edelleen käännöstoimistossa muun muassa ohjelmiston kalleuden vuoksi. Digitaalisen ohjelmiston myötä tekstitysprosessiin ja työkäytänteisiin on tullut muutoksia, kun videonauhureista ja televisioista on siirrytty pelkän tietokoneen käyttöön. On mahdollista tehdä etätyötä kaukomailta käsin, kääntää ja ajastaa lomittain tai tehdä esiajastus ja kääntää sitten. Digitaalinen tekniikka on siis mahdollistanut tekstitysprosessin muuttumisen ja vaihtoehtoiset työmenetelmät, mutta kaikista menetelmistä ei välttämättä ole tekstittäjälle hyötyä. Perinteinen tekstitysprosessi (esikatselu, repliikkijakojen merkitseminen käsikirjoitukseen, kääntäminen ja repliikkien laadinta, korjaukset ja tarkastuskatselu) vaikuttaa edelleen tehokkaimmalta. Vaikka työkäytänteet eroavat toisistaan, kokonaiskäsitys on se, että digitalisoitumisen alkukangertelujen jälkeen tekstittäjien työskentely on tehostunut.

Burnt area mapping in insular Southeast Asia using medium resolution satellite imagery

Burnt area mapping in humid tropical insular Southeast Asia using medium resolution (250-500m) satellite imagery is characterized by persisting cloud cover, wide range of land cover types, vast amount of wetland areas and highly varying fire regimes. The objective of this study was to deepen understanding of three major aspects affecting the implementation and limits of medium resolution burnt area mapping in insular Southeast Asia: 1) fire-induced spectral changes, 2) most suitable multitemporal compositing methods and 3) burn scars patterns and size distribution. The results revealed a high variation in fire-induced spectral changes depending on the pre-fire greenness of burnt area. It was concluded that this variation needs to be taken into account in change detection based burnt area mapping algorithms in order to maximize the potential of medium resolution satellite data. Minimum near infrared (MODIS band 2, 0.86μm) compositing method was found to be the most suitable for burnt area mapping purposes using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. In general, medium resolution burnt area mapping was found to be usable in the wetlands of insular Southeast Asia, whereas in other areas the usability was seriously jeopardized by the small size of burn scars. The suitability of medium resolution data for burnt area mapping in wetlands is important since recently Southeast Asian wetlands have become a major point of interest in many fields of science due to yearly occurring wild fires that not only degrade these unique ecosystems but also create regional haze problem and release globally significant amounts of carbon into the atmosphere due to burning peat. Finally, super-resolution MODIS images were tested but the test failed to improve the detection of small scars. Therefore, super-resolution technique was not considered to be applicable to regional level burnt area mapping in insular Southeast Asia.

Landscape-scale soil erosion modelling and ecological restoration for a mountainous watershed in Sichuan, China

Sichuanissa Tiibetin ylängön metsäkato on pysähtynyt mutta eroosio-ongelmat jatkuvat Viikin tropiikki-instituutin tutkija Ping ZHOU kartoitti trooppisen metsänhoidon alaan kuuluvassa väitöskirjatyössään maaperän eroosioalttiutta ja sen riippuvuutta metsäkasvillisuudesta Jangtsen tärkeää sivuhaaraa Min-jokea ympäröivällä n. 7400 neliökilometrin suuruisella valuma-alueella Sichuanin Aba-piirikunnassa. Aineistonaan hän käytti muun muassa satelliittikartoitustietoja ja mittaustuloksia yli 600 maastokoealalta. Tutkimuksen nimi suomeksi on "Maaperän eroosion mallinnus ja vuoristoisen valuma-alueen ekologinen ennallistaminen Sichuanissa Kiinassa". Aikaisempien tutkimusten perusteella oli tiedossa että metsien häviäminen tällä alueella pysähtyi jo 1980-luvun alussa. Sen jälkeen on metsien pinta-ala hitaasti kasvanut etupäässä sen vuoksi, että teollinen puunhakkuu luonnonmetsissä kiellettiin kokonaan v. 1998 ja 25 astetta jyrkemmillä rinteillä myös maatalouden harjoittaminen on saatu lopetetuksi viljelijöille tarjottujen taloudellisten houkuttimien avulla. Täten myös pelto- ja laidunmaata on voitu ennallistaa metsäksi. Ping Zhou pystyi jakamaan 5700 metrin korkeuteen saakka kohoavan vuoristoalueen eroosioalttiudeltaan erilaisiin vyöhykkeisiin rinteen kaltevuuden, sademäärän, kasvipeitteen ja maalajin perusteella. Noin 15 prosentilla tutkitun valuma-alueen pinta-alasta, lähinnä Min-joen pääuomaa ympäröivillä jyrkillä rinteillä, eroosioriski oli suuri tai erittäin suuri. Eri tyyppisellä kasvillisuudella oli hyvin erilainen vaikutus eroosioalttiuteen, ja myös alueen sijainti vuoriston eri korkeuksilla vaikutti eroosioon. Säästyneet lähes luonnontilaiset havumetsät, joita on etupäässä vuoriston ylimmissä osissa 2600-4000 metrin korkeudella, edistävät tehokkaasti metsän luontaista uudistumista ja levittäytymistä vaurioituneille alueille. Säilyneiden metsien puulajikoostumus antoi tutkimuksessa mahdollisuuden ennustaa metsien tulevaa kehitystä koko tutkitulla valuma-alueella sen eri korkeusvyöhykkeissä ja eri maaperätyypeillä. Ennallistamisen kannalta ongelmallisimpia olivat alueet joilta metsäpeite oli lähinnä puiden teollisen hakkuun vuoksi kokonaan hävinnyt ja joilla maaperä yleisesti oli eroosion pahoin kuluttama. Näillä alueilla ei ole tehty juuri mitään uudistamis- tai ennallistamistoimenpiteitä. Niillä metsien ennallistaminen vaatii myös puiden tai pensaiden istuttamista. Tähän sopivia ovat erityisesti ilmakehän typpeä sitovat lajit, joista alueella kasvaa luontaisena mm. sama tyrnilaji joka esiintyy myös Suomessa. Työssä tutkittiin yli kahdeksankymmenen paikallisen luontaisen puulajin (joista peräti noin kolmannes on havupuulajeja) ekologisia ominaisuuksia ja soveltuvuutta metsien ennallistamiseen. Avainasemassa työn onnistumisen kannalta ovat nyt paikalliset asukkaat, joiden maankäytön muutokset ovat jo selvästi edistänet luonnonmetsän ennalleen palautumista. Suomen Akatemia rahoitti vuosina 2004-2006 VITRI:n tutkimushanketta, josta Ping Zhou'n väitöskirjatyö muodosti keskeisen osan. Kenttätyö Sichuanissa avasi mahdollisuuden hedelmälliseen monitieteiseen yhteistyöhön ja tutkijavaihtoon Kiinan tiedeakatemian alaisen Chengdun biologiainstituutin (CIB) kanssa; tämä tieteellinen kanssakäyminen jatkuu edelleen.

Digital elevation model error in terrain analysis

Digital elevation models (DEMs) have been an important topic in geography and surveying sciences for decades due to their geomorphological importance as the reference surface for gravita-tion-driven material flow, as well as the wide range of uses and applications. When DEM is used in terrain analysis, for example in automatic drainage basin delineation, errors of the model collect in the analysis results. Investigation of this phenomenon is known as error propagation analysis, which has a direct influence on the decision-making process based on interpretations and applications of terrain analysis. Additionally, it may have an indirect influence on data acquisition and the DEM generation. The focus of the thesis was on the fine toposcale DEMs, which are typically represented in a 5-50m grid and used in the application scale 1:10 000-1:50 000. The thesis presents a three-step framework for investigating error propagation in DEM-based terrain analysis. The framework includes methods for visualising the morphological gross errors of DEMs, exploring the statistical and spatial characteristics of the DEM error, making analytical and simulation-based error propagation analysis and interpreting the error propagation analysis results. The DEM error model was built using geostatistical methods. The results show that appropriate and exhaustive reporting of various aspects of fine toposcale DEM error is a complex task. This is due to the high number of outliers in the error distribution and morphological gross errors, which are detectable with presented visualisation methods. In ad-dition, the use of global characterisation of DEM error is a gross generalisation of reality due to the small extent of the areas in which the decision of stationarity is not violated. This was shown using exhaustive high-quality reference DEM based on airborne laser scanning and local semivariogram analysis. The error propagation analysis revealed that, as expected, an increase in the DEM vertical error will increase the error in surface derivatives. However, contrary to expectations, the spatial au-tocorrelation of the model appears to have varying effects on the error propagation analysis depend-ing on the application. The use of a spatially uncorrelated DEM error model has been considered as a 'worst-case scenario', but this opinion is now challenged because none of the DEM derivatives investigated in the study had maximum variation with spatially uncorrelated random error. Sig-nificant performance improvement was achieved in simulation-based error propagation analysis by applying process convolution in generating realisations of the DEM error model. In addition, typology of uncertainty in drainage basin delineations is presented.

Coastal environmental gradients – Key to reproduction habitat mapping of freshwater fish in the Baltic Sea

Habitat requirements of fish are most strict during the early life stages, and the quality and quantity of reproduction habitats lays the basis for fish production. A considerable number of fish species in the northern Baltic Sea reproduce in the shallow coastal areas, which are also the most heavily exploited parts of the brackish marine area. However, the coastal fish reproduction habitats in the northern Baltic Sea are poorly known. The studies presented in this thesis focused on the influence of environmental conditions on the distribution of coastal reproduction habitats of freshwater fish. They were conducted in vegetated littoral zone along an exposure and salinity gradient extending from the innermost bays to the outer archipelago on the south-western and southern coasts of Finland, in the northern Baltic Sea. Special emphasis was placed on reed-covered Phragmites australis shores, which form a dominant vegetation type in several coastal archipelago areas. The main aims of this research were to (1) develop and test new survey and mapping methods, (2) investigate the environmental requirements that govern the reproduction of freshwater fish in the coastal area and (3) survey, map and model the distribution of the reproduction habitats of pike (Esox lucius) and roach (Rutilus rutilus). The white plate and scoop method with a standardized sampling time and effort was demonstrated to be a functional method for sampling the early life stages of fish in dense vegetation and shallow water. Reed-covered shores were shown to form especially important reproduction habitats for several freshwater fish species, such as pike, roach, other cyprinids and burbot, in the northern Baltic Sea. The reproduction habitats of pike were limited to sheltered reed- and moss-covered shores of the inner and middle archipelago, where suitable zooplankton prey were available and the influence of the open sea was low. The reproduction habitats of roach were even more limited and roach reproduction was successful only in the very sheltered reed-covered shores of the innermost bay areas, where salinity remained low (< 4‰) during the spawning season due to freshwater inflow. After identifying the critical factors restricting the reproduction of pike and roach, the spatial distribution of their reproduction habitats was successfully mapped and modelled along the environmental gradients using only a few environmental predictor variables. Reproduction habitat maps are a valuable tool promoting the sustainable use and management of exploited coastal areas and helping to maintain the sustainability of fish populations. However, the large environmental gradients and the extensiveness of the archipelago zone in the northern Baltic Sea demand an especially high spatial resolution of the coastal predictor variables. Therefore, the current lack of accurate large-scale, high-resolution spatial data gathered at exactly the right time is a considerable limitation for predictive modelling of shallow coastal waters.