Αυτοματοτοποιημένη εξαγωγή των κορυφών των κατακόρυφων αρχαιολογικών Qanat Shafts από VHR εικόνες του Google Earth

Από RemoteSensing Wiki

Τα Qanats συστήματα της βόρειας Xinjiang , στην Kίνα, παρέχουν πολύτιμη γεωργική και ανθρωπολογική πληροφορία, συνεισφέροντας στην κατανόηση της διαχείρσης των υδατικών πόρων, της ανάπτυξης της γεωργίας στις οάσεις και της κλιματικής αλλαγής. Οι κορυφές (TQS) των κατακόρυφων τάφρων συντήρησης (Shafts), που υποδηλώνουν την πορεία του καναλιού, διακρίνονται στις δορυφορικές εικόνες, ως κυκλικά ίχνη. Στόχος της μελέτης είναι η αυτοματοποιημένη αναγνώρισή τους. Υιοθετήθηκαν μαθηματικές μορφολογικές επεξεργασίες εικόνας, πριν εφαρμοστούν τεχνικές ανίχνευσης ακμών, στην προσέγγιση της κυκλικής Hough μετατροπής. Η ακρίβεια στην αναγνώριση αξιολογήθηκε με ποσοτικά κριτήρια, και διαπιστώθηκε πιο αποδοτική στη χαρτογράφηση και εξερεύνηση μεγάλων εκτάσεων.

Εισαγωγή

α)Περιοχή μελέτης, όαση Turpan , βορειοδυτικά σύνορα Κίνας, στους πρόποδες του όρους Tienshan, β)Ανάγλυφο περιοχής μελέτης, γ)Μηκοτομή του συστήματος, πηγή:L. Luo et Al. (2014)

Qanats

Τα Qanats/Karez/Kariz είναι παραδοσιακά αρδρευτικά συστήματα που αποτελούνται από υπόγειο κανάλι, το οποίο συνδέεται με την επιφάνεια του εδάφους με μια σειρά κατακόρυφων φρεατίων (Shafts ). Με ελέυθερη ροή οδηγείται στις αρδευόμενες εκτάσεις. Χρονολογούνται περίπου στα 3000 χρόνια και εφευρέθηκαν από τους Πέρσες. Στην Κίνα βρίσκονται μόνο στην Xinjiang. ́Ηταν αξιόπιστη παροχή νερού για οικισμούς και άρδευση σε άγονες περιοχές. Σήμερα κινδυνεύουν από την κλιματική αλλαγή, την ερημοποίηση, την εξάπλωση των πόλεων, την υπερκατανάλωση των υδατικών πόρων, αλλά και από την έλλειψη νομικής προστασίας.

Αντικείμενο έρευνας

Ο εντοπισμό της κορυφής των φρεατίων (Tops of Qanat Shafts - TQSs) αυτών στην περιοχή Turpan Basin της Κίνας. Εκεί, μερικά από τα αρδευτικά Qanats παρέμειναν ενεργά. Μέσα από τη μελέτη τους μπορεί να γίνει κατανοητή η ανάπτυξη της αγροτικής παραγωγής στην έρημο (oasis agriculture). Περιοχή μελέτης είναι δυο εκτάσεις. Η πρώτη (site 1) περικλείεται από υποοάσεις, 15 km ΝΑ της πόλης Turpan , και η δεύτερη (site 2 ), είναι ανάμεσα στο δυτικό όριο της έρημου Kumtag και το ανατολικό όριο της όασης Turpan , 61 km ΝΑ της πόλης Turpan.

Μέθοδοι & Αποτελέσματα

Διάγραμμα ροής της μεθόδου αυτόματης εξαγωγής αρχαιολογικών κυκλικών ιχνών, των TQSs, πηγή:L. Luo et Al. (2014)

Επεξεργασία, δυαδικοποίση, εικόνας Google Earth VHR για α)την 1 η έκταση, β)την 2 η έκταση, πηγή:L. Luo et Al. (2014)

Ο εντοπισμός των TQSs από δορυφορικές εικόνες, είναι δύσκολος, απαιτεί ειδικές γνώσεις και έχει υψηλό κόστος, λόγω του πολύ μικρού τους μεγέθους των κεφαλών, σε σχέση με το εύρος των περιοχών μελέτης. Ωστόσο, είναι ορατά σε, πολύ υψηλής ανάλυσης, εικόνες από το Google Earth (Very High Resolution commercial satellite imagery - VHR).

Στην έρευνα αυτή, η προτεινόμενη αυτοματοποιημένη διαδικασία εντοπισμού των TQSs είναι η ακολουθία τεχνικών: επεξεργασία εικόνας, με εγαρμογή μέσου κυκλικού φίλτρου (circle average filter) και δυαδικοποίησή της (binary image), μαθηματική μορφολογική επεξεργασία (mathemat-ical morphological processing, MMP), εντοπισμός ακμών Canny edge detector (CED) και κυκλική μετατροπή Circular Hough transform (CHT). Η υιοθέτηση των τεχνικών MMP και CED με σκοπό να ξεπεραστεί η μειωμένη απόδοση λόγω θορύβου, αποτελεί κύρια συνεισφορά αυτής της εργασίας.

Πηγές τηλεπισκοπικών δεδομένων

• Δορυφορικές εικόνες από το Google Earth, πολύ υψηλής ανάλυσης (VHR)
• Εγχρωμες εικόνες IKONOS, λήψη 2003, με χωρική ανάλυση 1μ
• Εικόνες GeoEye από διαφορετικές εποχές και χρονικές περιόδους. Δύο από αυτές, κάλυψης 1000m x 900m, γεωαναφέρθηκαν στο ArcGIS10.1 , έχοντας ως βάση πανχρωματικές ορθοανηγμένες (orthorectified) εικόνες Landsat, χωρικής ανάλυσης 15m, υιοθετώντας ως απόκλιση τη ρίζα του μέσου τετραγώνου του σφάλ-

ματος (minimal root mean square error , RMSE).

Αξιολόγηση ποιότητας

Ορίζοντας κανονικοποιημένους ποσοστικούς δείκτες και συγκρίνοντας αποτελέσματα προτεινόμενης μεθόδου, με αποτελέσματα τυπικής CHT.

Χαρτογραφόντας τα Qanats

Παρατηρείται διαφορά στη δομή και χωροθέτηση των συστημάτων Qanats στις δύο, υπό έρευνα εκτάσεις: στην 1 η , τα κανάλια είναι συνεχή και χωρίς διακλαδώσεις, ενώ στην 2 η συνιστούν ακτινωτό σύστημα με αρκετές διακλαδώσεις. Αυτή επιβεβαιώνει ότι η 2 η έκταση, ως πιο άνυδρη, έχρηζε πυκνότερου αρδρευτικού δικτύου.

Συμπεράσματα

Προτείνεται αυτοματοποιημένη μέθοδος ενίσχυσης της εξαγωγής αρχαιολογικών ευρημάτων, με συνδυασμό MMP, CED, και CHT ανάλυσης και χρήση Google Earth εικόνων, των κεφαλών των φρεατίων των Qanats, στην Turpan Basin, Xinjiang, Βορειοδυτική Κίνα.

Αρθρογραφία

L. Luo, X. Wang, H. Guo, C. Liu, J. Liu, L. Li, X. Du, and G. Qian. Automated extraction of the archaeological tops of qanat shafts from vhr imagery in google earth. Remote Sensing, 6(12):11956–11976, 2014. ISSN 2072-4292. doi:10.3390/rs61211956.URL[1]