«ΔΙΑΧΕΙΡIΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ »

Από RemoteSensing Wiki

Δημοσίευση Εφαρμογής Τηλεπισκόπισης: «ΔΙΑΧΕΙΡIΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ » Συγγραφείς: Ν. Χρυσουλάκης*, Α. Ανδρίτσος*, Ν. Αδακτύλου*, Κ. Καρτάλης*, Μ. Πετράκης**

• Τομέας Εφαρμογών Φυσικής, Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Αθηνών, Πανεπιστημιούπολη, Κτίριο ΦΥΣ-5, 15784 Αθήνα, Ελλάδα
  • Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών (ΕΑΑ), ΙΜΦΑΠ, T.Θ. 20024, 11810 Αθήνα, Ελλάδα

Ανάλυση – Παρουσίαση:

Αντικείμενο της συγκεκριμένης εφαρμογής αποτελεί η διαχείριση του περιβάλλοντος και στόχος της είναι η ανάδειξη της δυναμικής των τρεχουσών τεχνικών και μεθοδολογιών της τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και την ορθολογική διαχείριση του. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζονται τρεις εφαρμογές που αφορούν σε βιομηχανικά ατυχήματα, στο αστικό περιβάλλον και σε ευαίσθητα οικοσυστήματα. Σε αυτές τις εφαρμογές έχει γίνει επεξεργασία δορυφορικών εικόνων βάση δεδομένων του μετεωρολογικού δορυφόρου ΝΟΑΑ, του SPOT και του LANDSAT. Παλαιότερα οι μετρήσεις και οι υπολογισμοί για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος γινόταν με χρήση επίγειων μόνο και όχι δορυφορικών δεδομένων.

Η πρώτη εφαρμογή αφορά στα βιομηχανικά ατυχήματα. Σε αυτή επιχειρείται η απεικόνιση πλουμίων που έχουν προκληθεί από βιομηχανικά ατυχήματα τα οποία έχουν ανιχνευτεί δορυφορικά. Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται είναι εικόνες NOAA, AVHRR υψηλής ευκρίνειας. Η απεικόνιση αυτή βασίζεται στο διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στα πλούμια, αφ’ ενός από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και αφ’ ετέρου από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στην υποκείμενη επιφάνεια. Ο διαχωρισμός γίνεται βάσει αλγορίθμου που εισάγει ειδικό φίλτρο για τα νέφη καθώς και για περιοχές της υποκείμενης επιφάνειας, παράγοντας τελικά μια ψευδόχρωμη σύνθεση στην οποία το πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμο. Ειδικότερα, χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος που βασίζεται στο συνδυασμό των κανονικοποιημένων λόγων (5-1)/(5+1) και (2-1)/(2+1) των καναλιών 1 και 2 και 5 του AVHRR με στόχο το διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και στην επιφάνεια της γης. Ο πρώτος κανονικοποιημένος λόγος χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από τα νέφη και για το φιλτράρισμα των νεφών. Ο δεύτερος λόγος είναι ο Κανονικοποιημένος Δείκτης Βλάστησης NDVI. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ο NDVI χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από την επιφάνεια της γης και για το φιλτράρισμα των υδάτινων επιφανειών (θάλασσα και εσωτερικά νερά). Στην πράξη, από την άλγεβρα των καναλιών 1, 2 και 5 του AVHRR δημιουργούνται δύο νέα ψευδοκανάλια: το CLD που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον πρώτο κανονικοποιημένο λόγο και το NDVI που είναι η εικόνα που προκύπτει από τον δεύτερο κανονικοποιημένο λόγο. Τα δύο αυτά ψευδοκανάλια επιδέχονται διπλό φιλτράρισμα με τον τρόπο που έχει αναφερθεί πρωτύτερα. Αρχικά κάθε ψευδοκανάλι φιλτράρει τον εαυτό του και έπειτα δέχεται το φίλτρο που προκύπτει από το άλλο ψευδοκανάλι. Τελος παράγεται η ψευδόχρωμη RGB (CLD, NDVI, NDVI) σύνθεση των δύο εικόνων που προκύπτουν από το διπλό φιλτράρισμα. Στην εικόνα 1 παρουσιάζεται η περιοχή της Γαλλίας όπως προκύπτει μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στις περιοχές με πυκνή νέφωση και σε υδάτινες επιφάνειες έχουν ψηφιακή τιμή 255 μετά την εφαρμογή των φίλτρων και εμφανίζονται με μαύρο χρώμα. Τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στο πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμα και εμφανίζονται με κόκκινο χρώμα στην περιοχή της Λυών όπου εκδηλώθηκε το ατύχημα.

H δεύτερη εφαρμογή έχει σαν αντικείμενο το φαινόμενο της Αστικής ΘερμικήςΝησίδας, για την περιοχή της Αθήνας με χρήση δορυφορικών εικόνων από ΝΟΑΑ, AVHRR και LANDSAT, TM. Οι καθημερινές λήψεις εικόνων NOAA AVHRR ανά 6ωρο δίνουν την δυνατότητα παρακολούθησης με ικανοποιητική συχνότητα. Κατάλληλοι αλγόριθμοι παράγουν τα επίπεδα α - CH4/NDVI, δηλαδή το λόγο της Ψηφιακής τιμής στο κανάλι 4 προς το Δείκτη βλάστησης (NDVI) και β - θερμοκρασίας λαμπρότητας εδάφους. Ο δείκτης βλάστησης παράγεται από τον συνδυασμό των καναλιών 1 και 2 του AVHRR στην σχέση NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1). H υψηλή ανακλαστικότητα των φυτών στο κανάλι 2 (εγγύς υπέρυθρο) σε σχέση με το κανάλι 1 (ορατό) επιτρέπει τον εντοπισμό των εκτάσεων με φυτοκάλυψη στα εικονοστοιχεία που ο δείκτης λαμβάνει μεγάλες θετικές τιμές. H παραγωγή νέου επιπέδου με βάση την σχέση CH4/NDVI επιτρέπει την διάκριση των αστικών και ξηρών περιοχών από της φυτοκαλυμένες εκτάσεις. Οι αστικές και ξηρές εκτάσεις έχουν μεγάλες τιμές εκπομπής στο θερμικό υπέρυθρο (CH4) και μικρές τιμές NDVI σε αντίθεση με τις εκτάσεις με φυτοκάλυψη. Η θερμοκρασία εδάφους αποδίδεται σε βαθμούς Κελσίου ανά εικονοστοιχείο εικόνας και αποθηκεύεται σε νέο επίπεδο (Εικόνα 2). Ο συνδυασμός των παραχθέντων επιπέδων σε περιβάλλον Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφόρησης επιτρέπει την αποτύπωση της αστικής και αγροτικής περιοχής με παραμέτρους την θερμοκρασία εδάφους και τα μετεωρολογικά στοιχεία για το λεκανοπέδιο. Οι εικόνες Landsat TM παρέχουν υψηλή διακριτική ικανότητα (30x30μ/εικονοστοιχείο) με δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του αστικού ιστού όπως η πυκνότητα δόμησης, βιομηχανικές ζώνες, χρήσεις γης και ανάγλυφο, κ.ά. Ο αστικός ιστός αναδεικνύεται με επεξεργασία επιβλεπόμενης ταξινόμησης (Supervised Classification) και κυρίων συνιστωσών (Principal Components). Υπολογίζεται η θερμοκρασία λαμπρότητας ανά εικονοστοιχείο με εφαρμογή της θεωρητικής προσέγγισης του Singh. Τα παραχθέντα επίπεδα συνδυάζονται με επίπεδα Ψηφιακού Ανάγλυφου D.Ε.M (Digital Elevation Model) και Χρήσεων Γης σε περιβάλλον Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (G.I.S). Οι συνδυασμοί των επιπέδων πραγματοποιούνται με ανάπτυξη κατάλληλων αλγορίθμων ώστε να αποτυπώνεται το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας σε συνάρτηση με τις περισσότερες δυνατές αστικές παραμέτρους.

Η τρίτη εφαρμογή αφορά στη χρήση της τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση των μεταβολών που παρουσιάζονται σε ευαίσθητα οικοσυστήματα και συγκεκριμένα στη Μύκονο, η οποία παρουσιάζει τεράστια εποχιακή αύξηση του πληθυσμού με αποτέλεσμα τη δημιουργία πιέσεων στο θαλάσσιο, παράκτιο και χερσαίο περιβάλλον της. Χρησιμοποιούνται εικόνες LANDSAT, TM με χωρική ανάλυση 30μ και SPOT, PAN με χωρική ανάλυση 10μ. Εφαρμόζονται τεχνικές επεξεργασία εικόνας που καταλήγουν στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση των εικόνων LANDSAT και συνδυασμένη χρήση εικόνων SPOT που επιτρέπει τη βελτίωση της χωρικής ανάλυσης των παραγόμενων χαρτών και τον καλύτερο διαχωρισμό των ορίων των διαφορετικών περιοχών. Στη συνέχεια, με την εφαρμογή κατάλληλου αλγορίθμου αποδίδονται στις διαφορετικές περιοχές του νησιού διαφορετικοί δείκτες ευαισθησίας ανάλογα με την επικρατούσα κάλυψη γης και γίνεται χαρακτηρισμός των περιοχών του νησιού σε ότι αφορά τον κίνδυνο διάβρωσης, με βάσει το Ψηφιακό Ανάγλυφο DEM (Digital Elevation Model) του και τα στοιχεία που έχουν ήδη προκύψει σχετικά με τις χρήσεις και την κάλυψη γης. Τα δύο αυτά επίπεδα πληροφορίας συνδυάζονται με τη χρήση του κατάλληλου αλγορίθμου και έτσι αποδίδονται στις διάφορες περιοχές του νησιού συνολικότεροι δείκτες ευαισθησίας, με τη δημιουργία του τελικού επιπέδου πληροφορίας.

Γίνεται επίσης χρήση αεροφωτογραφιών από την ίδια χρονολογικά περίοδο ενώ παράλληλα επιλέγονται και προσδιορίζονται χαρακτηριστικοί δείκτες από ένα σύνολο επίγειων δεδομένων, όπως αστική ή μη αστική περιοχή, ρυθμός αστικοποίησης, κ.α., οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των τάσεων που επικρατούν. Αυτοί ενσωματώνονται σε Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) και μαζί με τα δορυφορικά δεδομένα δημιουργούν μια ολοκληρωμένη εικόνα για τη διαχείριση του περιβάλλοντος.

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση έχει αποδειχτεί αποτελεσματικό και χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και σημαντική πηγή πληροφοριών για το σχεδιασμό και την ενίσχυση αναπτυξιακών και παραγωγικών δραστηριοτήτων. Οι δυνατότητες λήψης εικόνων για μεγάλες περιοχές, επιλογής εικόνων κατάλληλης χωρικής ανάλυσης και συλλογής δεδομένων σε σταθερή βάση είναι μερικά από τα στοιχεία που ενισχύουν τη χρήση της τεχνικής αυτής για τη διαρκή εποπτεία του περιβάλλοντος. Add Your Content Here