ΑΕΡΟΔΙΑΣΤΗΜΙΚΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΩΝ ΥΔΡΟΒΙΟΤΟΠΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΥΠΕΡΦΑΣΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ

Από RemoteSensing Wiki

1. Αντικείμενο Εφαρμογής: ΑΕΡΟΔΙΑΣΤΗΜΙΚΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΩΝ ΥΔΡΟΒΙΟΤΟΠΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΥΠΕΡΦΑΣΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ

2. Στόχος Εφαρμογής: Στόχος της εφαρμογής είναι αφενός η μελέτη των υδροβιοτόπων ως προς την επέκταση και τη μεταβολή της εδαφοκάλυψής τους στο χρόνο αφετέρου η εξαγωγή κάποιων βιοχημικών παραμέτρων όπως η βλάστηση από άλλες φυσικές παραμέτρους όπως οι χάρτες φασματικής ανακλαστικότητας.

3. Είδη Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Δορυφόροι που χρησιμοποιούνται συνήθως για τέτοιες εφαρμογές είναι οι MERIS και MODIS με 15 και 36 κανάλια αντίστοιχα. Για τη συγκεκριμένη εφαρμογή χρησιμοποιήθηκαν οι υπερφασματικοί δέκτες MIVIS, VIRS-200 και ο πιο πρόσφατος HYPER/SIM-GA, των οποίων τα χαρακτηριστικά είναι φαίνονται σε πίνακες στην ΕΙΚΟΝΑ 1.

Ο MIVIS είναι ένα whisk-broom imaging spectrometer το οποίο λειτουργεί από το ορατό στο μυκροκυματικό υπέρυθρο operating (0.4–2.5 mm) και στο θερμικό υπέρυθρο (8.2 12.7 mm). Ο VIRS-200 είναι ένα push-broom imaging spectrometer το οποίο χρησιμοποιεί 20 στενά φασματικά κανάλια μεταξύ 0.4 και 1.0 mm. Ο HYPER/SIM-GA είναι ένα σύστημα που αποτελείται από δύο push-broom imaging τα οποία λειτουργούν στο ορατό και εγγύς υπέρυθρο με 512 φασματικά κανάλια και στο μικροκυματικό υπέρυθρο με 156 κανάλια.

4. Χρησιμότητα Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Η χωρική και φασματική διακριτική ικανότητα των δορυφορικών υπερφασματικών δεκτών δεν είναι επαρκής για τέτοιου είδους μελέτες. Συνεπώς απαραίτητη είναι η ύπαρξη αερομεταφερόμενων υπερφασματικών δεκτών με χωρική ανάλυση μερικά μέτρα επειδή η υφή του εδάφους στις κατοικημένες περιοχές είναι σχετικά λεία αλλά και τα φασματικά χαρακτηριστικά που θέλουμε να μελετήσουμε είναι αρκετά ομαλά. Τα δεδομένα που συλλέγονται από αερομεταφερόμενους δέκτες χρησιμεύουν στη βελτίωση της ταξινόμησης των υδροβιότοπων και στην εκτίμηση της χωρικής και χρονικής τους κατανομής.

5. Προεπεξεργασίες: Λόγω των υψηλών απαιτήσεων που έχουν τέτοιες μελέτες θα πρέπει και τα δεδομένα που χρησιμοποιούμε να έχουν υψηλή ακρίβεια. Συνεπώς τα συστήματα πρέπει να καλιμπραριστούν προσεκτικά. Για τη διαδικασία αυτή απαιτούνται μετρήσεις πεδίου και ατμοσφαιρικές μετρήσεις για τη ραδιομετρική και ατμοσφαιρική διόρθωση των πρωτογενών δεδομένων.

6. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα:

• Οι εικόνες MODIS σε φυσικό έγχρωμο σύνθετο φαίνονται στην ΕΙΚΟΝΑ 2 α) και ο χάρτης αναπαράστασης των τιμών NDVI που προέκυψαν από τις εικόνες αυτές παρουσιάζεται στην ΕΙΚΟΝΑ 2 β) με τόνους του γκρι. Οι τιμές του NDVI για τον MODIS δίνονται από τον τύπο (R858 - R645)/(R858 + R645), όπου R η ανακλαστικότητα στο κάθε κανάλι. Στο χάρτη τα φωτεινά εικονοστοιχεία υποδηλώνουν υψηλές τιμές NDVI. Λόγω χαμηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας του δέκτη ο χάρτης αυτός δεν έχει μεγάλη χρησιμότητα λόγω του ότι υπάρχουν επικαλύψεις δημιουργείται σύγχυση μεταξύ των φασματικών χαρακτηριστικών της εικόνας (spectral mixing).

• Για τη μελέτη της βλάστησης και συγκεκριμένα για την εξαγωγή των δεικτών NDVI και PRI (δείκτης φωτοχημικής ανάκλασης- photo-chemical reflectance index) χρησιμοποιήθηκαν επίσης εικόνες CHRIS. Οι εξισώσεις που δίνουν τις τιμές των δεικτών αυτών για το δέκτη CHRIS είναι οι παρακάτω: PRI= (R531 - R570) / (R531 + R570) και NDVI= (R782 - R675) / (R782 + R675) Oι τιμές που έδωσαν οι εξισώσεις αυτές με βάση τα δορυφορικά δεδομένα υπολογίστηκε πως είχαν πολύ καλή συσχέτιση με τις μετρήσεις πεδίου για τον PRI. Στις ΕΙΚΟΝΕΣ 3 α) και 3 β) φαίνονται οι εικόνες με τις τιμές του PRI της περιοχής για δύο διαφορετικές ημερομηνίες.

• Ο δέκτης HYPER/SIM-GA παίρνει υπερφασματικές εικόνες 0.4 up to 2.5 mm με χωρική ανάλυση 1 m (στο VNIR) και 2 m (στο SWIR-μικροκυματικό υπέρυθρο) και με φασματική ανάλυση 2 nm (στο VNIR) και 5 nm (στο SWIR). Η SWIR συνιστώσα (red, 1256 nm; green, 972 nm; blue, 1615 nm) της εικόνας του δέκτη φαίνεται στην ΕΙΚΟΝΑ 4 b) και δίνει πληροφορίες για την περιεκτικότητα του νερού σε βλάστηση (ζώνες πράσινου) και για την ύπαρξη μικρών λιμνών (μαύρες ζώνες).

Λόγω υψηλής χωρικής και φασματικής ανάλυσης του δέκτη οι εικόνες δεν περιέχουν φασματική σύγχυση (spectral mixing). Στις ΕΙΚΟΝΕΣ 4 c,d ) διακρίνονται με λεπτομέρεια οι διαφορές στα είδη εδαφοκάλυψης.

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΑΡΘΡΟ

Aerospace wetland monitoring by hyperspectral imaging sensors: A case study in the coastal zone of San Rossore Natural Park Alessandro Barducci, Donatella Guzzi, Paolo Marcoionni, Ivan Pippi