Ανίχνευση Πετρελαιοκηλίδων στην Αδριατική Θάλασσα με τη χρήση του δορυφόρου COSMO-SKYMED
Από RemoteSensing Wiki
OIL SPILL DETECTION USING COSMO-SKYMED OVER THE ADRIATIC SEA: THE OPERATIONAL POTENTIAL
Ανίχνευση Πετρελαιοκηλίδων στην Αδριατική Θάλασσα με τη χρήση του δορυφόρου COSMO-SKYMED
Συγγραφείς:Michele Vespe, Guido Ferraro, Monica Posada, Harm Greidanus, Marko Perkovic (European Commission - Joint Research Centre (JRC), Ispra – Italy & University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport – Slovenia)
This paper appears in: Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2011 IEEE International
http://ieeexplore.ieee.org
Ιστορικό
Η παράνομη και συνήθης απόρριψη από τα πλοία του βρώμικου θαλασσίου έρματος και των διαφόρων πετρελαϊκών καταλοίπων των δεξαμενών πετρελαίου στη Μεσόγειο Θάλασσα είναι ένα πολύ γνωστό πρόβλημα. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η μόλυνση από ατύχημα είναι ευτυχώς ένα σπάνιο φαινόμενο στη λεκάνη της Μεσογείου, οι παράνομες απορρίψεις καταλοίπων στην θάλασσα αποτελούν την κύρια πηγή της ρύπανσης από πλοία. Συγκεκριμένα, πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η Αδριατική θάλασσα έχει ιδιαίτερα επηρεαστεί δυσμενώς από την ανωτέρω παράνομη δραστηριότητα καθώς αποτελεί μια σχεδόν κλειστή θάλασσα με μικρά βάθη και ακόμα μικρότερη ανταλλαγή/ανανέωση υδάτων με την Μεσόγειο ενώ το κύριο στοιχείο είναι ο μεγάλος αριθμός πλοίων που εκτελούν διέλευση από τα νερά της.
Ένα χαρακτηριστικό των δορυφόρων SAR (Synthetic aperture radar) για συνήθης σκοπούς παρακολούθησης πετρελαιοκηλίδων είναι ο μικρός χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δυο σαρώσεων πάνω από την ίδια περιοχή. Γι αυτό το λόγο και οι εικόνες από τον δορυφόρο Cosmo-Skymed, απέχουν μόνο λίγες ώρες μεταξύ δυο σαρώσεων στην Αδριατική θάλασσα και προσφέρει ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε θέματα που αφορούν δυνατότητες ανίχνευσης, εντοπισμού και εκτίμηση διαστάσεων πετρελαιοκηλίδας ενώ παράλληλα υφίσταται δυνατότητα εντοπισμού του πιθανού παραβάτη καθώς οι ανωτέρω δυνατότητες παρέχουν υψηλό βαθμό συσχέτισης μεταξύ ιστορικό AIS και εντοπισμένων πετρελαιοκηλίδων από τον δορυφόρο SAR .
Σκοπός
Η έρευνα έχει ως στόχο να αξιολογήσει τις δυνατότητες του δορυφόρου Cosmo-Skymed (X-band) να ανιχνεύει και να παρατηρεί την δημιουργεί πετρελαιοκηλίδων στην περιοχή της Μεσογείου
Πηγές δεδομένων (Data Source)
Ο δορυφόρος Cosmo-Skymed απεικόνισης SAR(operating in X-band) σε φωτογραφιες κάλυψης διαστάσεων 100x100km2 και 30x30 m2.
Πηγές δεδομένων (Data Source)
Ο δορυφόρος Cosmo-Skymed απεικόνισης SAR(operating in X-band) σε φωτογραφιες κάλυψης διαστάσεων 100x100km2 και 30x30 m2.
Διαδικασία μεθόδου ανίχνευσης πετρελαιοκηλίδων
Σε αυτή τη μελέτη, έχουμε επικεντρωθεί σε ένα σύνολο δεδομένων (polarised COSMO-SkyMed Wide Region mode data) που αποτελείται από φωτογραφίες μεγάλης κάλυψης (οι οποίες είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για την ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων. Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος μεταξύ δυο λήψεων, το εύρος γωνιών που επιλέχτηκε είναι μεταξύ 18 º και 57 º. Το πρώτο στάδιο προ-επεξεργασίας απαιτεί την κανονικοποίηση της εικόνας ώστε να εξισωθούν τυχόν παραμορφώσεις θαλάσσης και γης. Έπειτα ακολουθείται μια διαδικασία ενίσχυσης/αντίθεσης με σκοπό να καθοριστούν και διακριθούν οι πήγες που επηρεάζουν την μέχρι τώρα λογική ταξινόμηση των φατνίων (εικονοκύτταρο).
Κατά συνέπεια, οι κατακερματισμένες ομάδες των pixel, που εμφανίζονται πιο σκοτεινές και πιο φωτεινές, αντιμετωπίζονται ως αντικείμενα εξέτασης ενώ οι πιθανές χωρικές σχέσεις τους, θεωρούνται ως χαρακτηριστικά που πρέπει να συνυπολογίζονται στο στάδιο της ταξινόμησης, σε συνδυασμό με το σχήμα και την υφή.
Μια επιχειρησιακή περίπτωση
Το AIS(Automatic Identification System) είναι ένα σύστημα που επιτρέπει στα σκάφη να ανταλλάσσουν ηλεκτρονικά δεδομένα(θέση, την πορεία τους) με άλλα κοντινά πλοία και σταθμούς ξηράς. Στην Εικόνα 3, παρατηρούνται δύο καταγραφές στην ίδια περιοχή ανοικτά των ακτών Puglia της Ιταλίας. Στην πρώτη φωτογραφία ανιχνεύονται σκοτεινές κηλίδες (a), (b) και (c) οι οποίες δεν είναι ορατές 12 ώρες μετά την πρώτη καταγραφή(τετάρτη φωτογραφία) επιβεβαιώνοντας την μεγάλη αξία που έχει σε τέτοιες εφαρμογές ο μικρός χρόνος μεταξύ δυο ελέγχων της ίδιας περιοχής. Αυτό επιβεβαιώνεται και από το σχήμα και την μορφή της πιθανής πετρελαιοκηλίδας (περίπτωση (a)), η οποία λόγο σχήματος (μεγάλο μήκος και μικρό πλάτος) προκύπτει ότι είναι πρόσφατη (λιγότερο από 2 ώρες ), ανθεκτικότητας λιγότερο από 12 ώρες όπως προκύπτει από την δεύτερη φωτογραφία.
Περίπτωση ‘’α’’
Στην Εικόνα 5, αναλύεται η χωρική θέση της πετρελαιοκηλίδας «α» της εικόνας 1. Η ένταση της μορφής του αντικείμενου είναι μειωμένη προς βορρά ενώ τα αποκομμένα τμήματα της πετρελαιοκηλίδας είναι στα βορειοδυτικά. Αυτό σημαίνει ότι το σκάφος που δημιούργησε την πετρελαιοκηλίδα κατευθύνθηκε νότια ανατολικά, λαμβανομένου υπόψη και το γεγονός ότι το πρώτο κομμάτι της πετρελαιοκηλίδας (αυτό που αφέθηκε πρώτο) συχνά χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερη αντίθεση σε σχέση με το υπόλοιπο κομμάτι της πετρελαιοκηλίδας σε σχέση με το γειτνιάζον περιβάλλον και το τελευταίο(αυτό που αφέθηκε στο τέλος) χαρακτηρίζεται από μικρότερες ποσότητες πετρελαίου που αναδεικνύουν την κατεύθυνση του πλοίου.
Στην εικόνα 5 παρουσιάζεται η σχετική κίνηση AIS και επιλέχθηκαν κατά 6 ώρες νωρίτερα από τις εικόνες SAR. Η εικόνα SAR αποκτήθηκε στο 4:27 UTC, μετά την παρακολούθηση AIS το σκάφος που αντιστοιχεί στο λευκό ίχνος φαίνεται να είναι το πιο πιθανό να έχει προκαλέσει την πιθανή πετρελαιοκηλίδα. Βέβαια η ανάλυση αυτή είναι μόνο ενδεικτική, και αν δεν ληφθούν δείγματα από την πετρελαιοκηλίδα και το σκάφος για να γίνει ταύτιση καμία νομική δράση μπορεί να αναληφθεί.
Περίπτωση ‘’β’’
Η μορφή αυτής της πετρελαιοκηλίδας (εικόνα 6) είναι πιο πεπλατυσμένη και αλλοιωμένη σε σχέση με την προηγούμενη και ως εκ τούτου εκτιμάται ότι η ζωή της είναι μεγαλύτερη των δυο ωρών. Ομοίως και σε αυτή την περίπτωση , η μορφή της, (σταδιακή μείωση της έντασης και του σχήματος προς τα νοτιοανατολικά ) υποδηλώνει και πάλι την κατεύθυνση του σκάφους από το οποίο προέρχεται.
Επιπλέον, η διαρροή πετρελαίου κυκλικού σχήματος 6 χιλιόμετρα νοτιοδυτικά από την πετρελαιοκηλίδα υποδεικνύει μια συνιστώσα του θαλασσίου ρεύματος. Λόγο ρευμάτων και ανεμών σε αυτήν την περίπτωση ο προσδιορισμός του σκάφους που ρύπανε είναι κάπως πιο δύσκολος από ό, τι για την προηγούμενη περίπτωση, αφήνοντας πιθανούς στόχους ένα σύνολο πλοίων.
Επιχειρησιακή χρήση της εφαρμογής
Παρότι των δυνατοτήτων που μπορεί να προσφέρει ο δορυφόρος Cosmo-Skymed μέσω των SAR φωτογραφιών για την καταγραφή των πετρελαιοκηλίδων η χρήση του από τις αρμόδιες αρχές είναι ακόμα υπό εξέταση όσον αφορά την αξιοπιστία των πληροφοριών και το χρόνο μεταξύ της απόκτησης των πληροφοριών και την παράδοσή τους στο χρήστη. Η πρώτη πτυχή έχει σχέση με την απόφαση για περαιτέρω δραστηριότητες αντίδρασης, καθώς και τη βελτιστοποίηση των μέσων περιπολίας, ενώ η δεύτερη είναι ζωτικής σημασίας για την έγκαιρη παρέμβαση.
Συμπέρασμα
Η ποιότητα της εικόνας του δορυφόρου Cosmo-Skymed σε X-band όσον αφορά την ευαισθησία και την ραδιομετρική ανάλυση αυξάνουν τις επιχειρησιακές δυνατότητες ανίχνευσης της πετρελαιοκηλίδας σε σχέση με προηγούμενα C-band συστήματα. Επιπλέον ο μικρός χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δυο λήψεων φωτογραφιών πάνω από τη λεκάνη της Μεσογείου επιτρέπει για πρώτη φορά: α) τη βελτίωση των δυνατοτήτων παρακολούθησης της περιοχής β) επιτρέπει την αξιολόγηση της ανθεκτικότητας των πετρελαιοκηλίδων,(μερικές φορές κάτω των 12 ωρών). Κάνοντας τον δορυφόρο COSMOSkyMed ένα αποτελεσματικό εργαλείο στην ανίχνευση και παρατήρηση των πετρελαιοκηλίδων.
