Από RemoteSensing Wiki

Πρότυπος Τίτλος : FRÜHERKENNUNG HOCHALPINER NATURGEFAHREN MITTELS FERNERKUNDUNG

Τίτλος : Έγκαιρη ανίχνευση των φυσικών κινδύνων στις υψηλές Άλπεις μέσω τηλεπισκόπησης.

Συγγραφείς : BW Heumann, RA Hackett, AK Monfils, and JW Gross

Πηγή : UiO

Οι διάφορες μέθοδοι τηλεπισκόπησης έχουν ιδιαίτερη σημασία στην ανάλυση των φυσικών καταστροφών σε μεγάλα υψόμετρα. Οι λίμνες που δημιουργούνται από το λιώσιμο των παγετώνων και η πιθανότητα της εξάπλωσης τους, και οι “γλώσσες των παγετώνων“ (ice tongues), είναι κίνδυνοι που μπορούν να προκαλέσουν καταστροφές σε υποδομές αλλά και χιονοστιβάδες. Με την τηλεπισκόπηση και την φωτογραμμετρία μπορεί να εκτιμηθεί ο κίνδυνος αυτός. Στο άρθρο αυτό θα εκτιμηθεί ποια μέθοδος τηλεπισκόπησης είναι αποτελεσματική σε κάθε περίπτωση.

Ειδικά στις ορεινές περιοχές, οι οποίες είναι και απομονωμένες, η τηλεπισκόπηση έχει το βασικό χαρακτηριστικό πως δίνει ένα πλήθος από πληροφορίες αντικειμένων ανέγγιχτα. Στο άρθρο αυτό θα παρουσιαστούνε τα όρια και οι δυνατότητες των τεχνικών τηλεπισκόπησης για την έγκαιρη αναγνώριση των κινδύνων σε μεγάλα υψόμετρα. Θα σημειωθούν βασικές πληροφορίες για τους σένσορες και την παρατήρηση των κινδύνων και θα εξεταστούν μεμονωμένα οι πλημμύρες των παγετώνων, οι αλλαγές μηκών στους παγετώνες, πτώσεις πάγων, κατολισθήσεις στο μόνιμα παγωμένο υπέδαφος, καθίζηση πετρωμάτων και κατολισθήσεις.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Αναγνώριση κινδύνων - Παρατήρηση κινδύνων, Προδιάθεση – Ενεργοποίηση Οι μέθοδοι παρατήρησης διαφοροποιούνται σε αναγνώριση των κινδύνων (κάλυψη επιφάνειας, πρόχειρα) και στην παρατήρηση των ήδη δυνητικά επικίνδυνων καταστάσεων (συγκεκριμένα με λεπτομέρεια). Για την συγκεκριμένη στιγμή της πυροδότησης ενός από τους παραπάνω αναφερθέντες κινδύνους, οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης είναι λιγότερο αποτελεσματικές, λόγω της χαμηλής χρονικής τους ανάλυσης. Για την ανάλυση της προδιάθεσης των κινδύνων είναι ωστόσο εξαιρετικό εργαλείο.

ΣΕΝΣΟΡΕΣ

Οι σένσορες οι οποίοι βρίσκονται σε δορυφόρους, και οι σένσορες που βρίσκονται σε αεροπλάνα, διαφοροποιούνται με βάση τη χωρική και την χρονική τους ανάλυση. Για τους αλπικούς φυσικούς κινδύνους, στη δορυφορική τηλεπισκόπηση χρησιμοποιούνται οπτικοί και μικροκυματικοί σένσορες. Οι οπτικοί σένσορες έχουν χωρική ανάλυση σπάνια μεγαλύτερη από 10m και επαναλαμβάνονται μέσα σε αρκετές βδομάδες, κάτι που δεν βοηθάει στην εντόπιση του „trigger point“. Καταγράφουν όμως σε διάφορα κανάλια που δίνουν τη δυνατότητα πολυφασματικών αναλύσεων για την εκτίμηση των κινδύνων. Σημαντική και λεπτομερής δουλειά κάνουν οι μικροκυματικοί σένσορες (Radar, SAR και InSAR), γιατί μπορούν και καταγράφουν νύχτα και με σύννεφα. Ακόμα μεγαλύτερη λεπτομέρεια και παραπάνω δυνατότητες δίνει η φωτογραμμετρία. Έχει υψηλή χωρική ανάλυση και δίνει τη δυνατότητα για ανάλυση των αντικειμένων σε 3 διαστάσεις και τη δημιουργία του DEM (digital elevation model).

Για τη μελέτη των πλημμυρών από το λιώσιμο των παγετώνων, οι οποίες είναι από τους κινδύνους με τις μεγαλύτερες επιπτώσεις, προτείνεται η δορυφορική τους παρατήρηση. Με αυτό τον τρόπο μπορούν να εντοπιστούν οι πλημμυρίδες και τα πιθανά ξεσπάσματα που προκύπτουν από μορφολογικές καταστάσεις των λιμνών. Εκτός από την εκτίμηση των πιθανών κινδύνων με δορυφορικούς σένσορες, προτείνεται και η μέθοδος της αεροφωτογραμμετρίας, η οποία δίνει ακριβής τρισδιάστατες εικόνες των όγκων νερού και επιτρέπει την ανάλυση των ρίσκων της αύξησης της στάθμης του νερού. Επίσης μέσω της φασματικής υπογραφής του νερού, είναι δυνατόν να διαφοροποιηθούν οι λίμνες από το γύρω περιβάλλον με τον δείκτη νερού (NDWI, Normalized Difference Water Index), χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα κανάλια ανάλογα με τον δορυφόρο που έχει επιλεχθεί.

Εικόνα 1: Oρεινές λίμνες στην περιοχή Simplon, Valais. Οι υδάτινες επιφάνειες (σημειωμένες με ελλείψεις) εξήχθησαν αυτόματα από μια εικόνα Landsat χρησιμοποιώντας τον «κανονικοποιημένο δείκτη διαφοράς νερού».Πρόβληµα σε αυτό το στάδιο της επεξεργασίας αποτελεί ο διαχωρισμός μεταξύ νερού και σκιάς.

Οι αλλαγές στα μήκη των παγετώνων είναι επίσης επικίνδυνες, και η εκτίμηση της γεωμετρικής εξέλιξης των παγετώνων είναι σημαντική. Η ανάλυση τέτοιων βραχυπρόθεσμων αλλαγών, δεν είναι πολύ αποτελεσματική, μακροπρόθεσμα όμως μπορεί να γίνει φωτογραμμετρική ανάλυση από δορυφορικές η αεροφωτογραφίες και να εξαχθούν πληροφορίες. Ειδικά, με τον εντοπισμό των άκρων ενός παγετώνα είναι δυνατή η παρατήρηση και σύγκριση των αλλαγών μεταξύ τους. (εικόνα 2)

Εικόνα 2: Αυτόματη εξαγωγή ακμών παγετώνων από εικόνες Landsat. Hochjochferner, Ötztal. Η διαίρεση του καναλιού 4 (επάνω αριστερά) με το κανάλι 5 (επάνω κέντρο) παράγει μια εικόνα αναλογίας (επάνω δεξιά). κέντρο) παράγει μια εικόνα αναλογίας (πάνω δεξιά), η οποία δείχνει την ακατέργαστη περιοχή του παγετώνα σταματώντας σε μια τιμή κατωφλίου. την ακατέργαστη περιοχή του παγετώνα (κάτω αριστερά). Το φιλτράρισμα διάμεσου χρησιμοποιείται για την εξάλειψη των μικρών οι λανθασμένες ταξινομήσεις εξαλείφονται με το φιλτράρισμα διάμεσου (κάτω στο κέντρο). Τέλος, η εξαγωγή άκρων παρέχει την άκρη του παγετώνα. ακμή, εδώ τοποθετημένη πάνω στην αρχική εικόνα.

Στην περίπτωση της πτώσης κομματιών πάγου, η πρόβλεψη του κινδύνου είναι περιορισμένη, και οι τηλεπισκοπικές εικόνες συνήθως δεν καταγράφουν καθαρά τα σημεία. Το γεγονός όμως πως οι κατολισθήσεις όγκων πάγου είναι επαναλαμβανόμενο φαινόμενο, έχει βοηθήσει στην καταγραφή τους, και τα καταγεγραμμένα σημεία και οι εικόνες των σχισμών μπορούν συγκριτικά να δώσουν αναλύσεις για πιθανές καταπτώσεις (Εικ.3) κατολισθήσεις και αστάθειες κλίσεων στο μόνιμα παγωμένο υπέδαφος.

Εικόνα 3:Διαμήκη προφίλ στον κρεμαστό παγετώνα στη δυτική πλευρά του Eiger, Ber-Oberland. Φαίνεται ξεκάθαρα πώς το μέτωπο του πάγου, το οποίο είχε υποχωρήσει έντονα από μια διάσπαση πάγου στα τέλη Αυγούστου 1990 (μετά την καταγραφή του προφίλ τον Αύγουστο του 1990), πλησιάζει και πάλι μια απότομη και συνεπώς στατικά κρίσιμη μορφή.

Ο παγετώνας είναι ένας όγκος που συνέχεια κινείται και στο πέρασμα του διαβρώνει τις πλευρές των κοιλάδων και μαζεύει πετρώματα και έδαφος τα οποία στη συνέχεια παγώνουν και μετατρέπονται σε κομμάτι του παγετώνα. Λέγονται παγετωνικοί λιθώνες. Οι κινήσεις και οι μετακινούμενοι όγκοι μπορούν να μετρηθούν με αεροφωτογραμμετρία στο ίδιο σημείο, αλλά σε διάφορες χρονικές στιγμές (multitemporal) στην επιφάνεια του κινούμενου παγωμένου υπεδάφους. (Εικ 4)Η διαφορά ύψους στο DEM μπορεί επίσης να δείξει την κατακάθιση λιωμένου πάγου στο κορεσμένο από πάγο υπέδαφος.(Εικ 5)

Εικόνα 4:Επιφανειακές ταχύτητες μεταξύ 1992 και 1997 σε έναν παγετώνα με ογκόλιθους στο παγετώνα στο Val Suvretta, Άνω Ενγκαντίν. Στην περιοχή δύο ρωγμών ροής θραυσμάτων (βέλος), τα θραύσματα μεταφέρονται τα συντρίμμια μεταφέρονται στη δεξαμενή ροής θραυσμάτων με ταχύτητες έως και 2 μέτρα ανά έτος

Εικόνα 5:μεταβολές του υψομέτρου μεταξύ 1992 και 1997 στον παραπάνω παγετώνα. Οι ανυψώσεις του εδάφους έως και 30 cm/έτος στην περιοχή των δύο ρωγμών αντανακλούν την πλήρωση της δυνητικής δεξαμενής ροής θραυσμάτων από τη συρρίκνωση του μόνιμου πάγου.

Οι κατολισθήσεις και οι αστάθειες στο περιπαγετώδες οφείλονται κυρίως στην υποχώρηση των παγετώνων και την αποσυμπίεση των βουνοπλαγιών. Οι κινήσεις τους είναι συνήθως τόσο ελάχιστες, που μόνο με InSAR και αεροφωτογραμμετρια ύψιστης ανάλυσης μπορούν να μετρηθούνε. Οι δορυφορικοί σένσορες μπορούν να ληφθούν υπόψη μόνο σε μεγάλες περιοχές κατολισθήσεων και για χοντροκομμένους εντοπισμούς.

Συμπεραίνεται από το άρθρο πως η καλύτερη μέθοδος για την αναγνώριση κινδύνων από ασφαλή απόσταση είναι η αναλυτική φωτογραμμετρία. Η συνεχής ενημέρωση και λήψη φωτογραφιών είναι ωστόσο απαραίτητη για τον πιο λεπτομερή εντοπισμό τους. Εξηγείται επίσης ποιες άλλες μέθοδοι ίσως να μπορούν να χρησιμοποιηθούνε στο μέλλον, εάν εξελιχθούνε και δεν είναι πλέον μόνο εμπορικά διαθέσιμες. H δυνατότητα της close range φωτογραμμετρίας δεν έχει ακόμα εκμεταλλευτεί επίσης. Σημαντικό επίσης είναι ο συνδυασμός των μεθόδων κρίνεται σημαντικός σε πολλές περιπτώσεις, όπως επίσης η επιβεβαίωση της εγκυρότητας των δεδομένων στο ίδιο το περιβάλλον.