Διαχρονική Ανάλυση Παραμόρφωσης Επιφάνειας σε κατολίσθηση στο Αμύνταιο με την χρήση UAV...

Από RemoteSensing Wiki

Διαχρονική Ανάλυση Παραμόρφωσης Επιφάνειας σε κατολίσθηση στο Αμύνταιο με την χρήση UAV (unmanned aerial vehicle) και της τεχνικής της φωτογραμμετρίας SfM (Structure from Motion)

Τίτλος: Multitemporal Surface Deformation Analysis of Amyntaio Slide (Greece) using Remotely Piloted Airborne System and Structure‐from‐Motion photogrammetry

Συγγραφείς: Emmanuel Vassilakis, Michael Foumelis, Athanasia Erkeki, Evelina Kotsi, Issaak Parcharidis, Efthymios Lekkas

Ηλεκτρονικός Σύνδεσμος

Εικόνα 1: Τοποθεσία λιγνιτορυχείου

Εικόνα 2: Κατάσταση χώρου 10 μέρες μετά την κατολίσθηση

Εικόνα 3: Ορθοφωτομετρικό μωσαϊκό

Εικόνα 4: Ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DSM)

Εισαγωγή

Στην δημοσίευση αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της τεχνικής Structure from Motion για την ποσοτικοποίηση της παραμόρφωσης του εδάφους εξαιτίας της μεγάλης κατολίσθησης στο λιγνιτορυχείο του Αμύνταιου την 10η Ιουνίου του 2017. Η κατολίσθηση αυτή κατέστρεψε ολοκληρωτικά το δυτικό μέρος του λατομείου και προξένησε εκτεταμένες ζημιές σε κτήρια, υποδομές αλλά και αγροτικές εκτάσεις του γειτονικού χωριού Ανάργυροι. Η χρήση των εικόνων υψηλής ανάλυσης από UAV, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στην περίπτωση αυτή, βρίσκει αποδεδειγμένα πολύ καλή εφαρμογή στις περιπτώσεις των κατολισθήσεων τόσο για τον προσδιορισμό του ορίου της κατολίσθησης αλλά και για την χαρτογράφηση των κύριων γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών. Στην περίπτωσή μας η έκταση που καλύπτουν οι εικόνες αυτές είναι 2 τετραγωνικά χιλιόμετρα. Επίσης παρατηρείται ότι 2 χρόνια μετά, το φαινόμενο είναι σε ένα βαθμό ακόμα εν εξελίξει καθώς είναι ορατές ορισμένες μικρές μετατοπίσεις στο έδαφος στο ανατολικό μέρος του χωριού. Στην εικόνα 1 διακρίνεται η τοποθεσία του λιγνιτορυχείου στον χάρτη της Ελλάδας ενώ στην εικόνα 2 η κατάσταση του χώρου 10 μέρες μετά την κατολίσθηση.

Δεδομένα και μεθοδολογία

Ο στόχος αυτής της διαχρονικής μελέτης είναι η δημιουργία μίας σειράς από ψηφιακά μοντέλα εδάφους, βασιζόμενη στην τεχνική της φωτογραμμετρίας Structure from Motion. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε drone (DJI Phantom 4 Advanced drone)το οποίο παρήγαγε εκατοντάδες εικόνες υψηλής ανάλυσης. Για την κάλυψη της απαιτούμενης έκτασης απαιτήθηκαν 5 πτήσεις των 15 λεπτών, σε ύψος 140 μέτρων από το σημείο απογείωσης και με μία επικάλυψη στις εικόνες της τάξης του 75%. Το ύψος της πτήσης και η πυκνότητα των εικόνων αποτέλεσαν πολύ σημαντικούς παράγοντες στην διαδικασία ανάκτησης των εικόνων εξαιτίας του περιορισμού της χωρητικότητας της μπαταρίας. Το ποσοστό της επικάλυψης αποτελεί πολύ κρίσιμο παράγοντα καθώς πρέπει να είναι αρκετά υψηλό για μία επιτυχημένη φωτογραμμετρική επεξεργασία και σωστή κατασκευή ορθοφωτομετρικού μωσαϊκού. Η διαδικασία αυτή διεξήχθη 3 φορές για την λήψη εικόνων (4000x3000 pixels η κάθε μία) σε διαφορετικά χρονικά σημεία: α)Σεπτέμβριος 2017  257 εικόνες, β)Δεκέμβριος 2017  322 εικόνες, γ)Σεπτέμβριος 2017  401 εικόνες. Αρχικά έγινε η ευθυγράμμιση των εικόνων με την βοήθεια 8 σημείων ελέγχου και με την χρήση RTK-GNSS ανακτήθηκαν οι συντεταγμένες και το υψόμετρο των σημείων για την κατασκευή πυκνών (800.000 σημεία) “νεφών” σημείων για κάθε φορά. Τα σημεία αυτά περιλαμβάνουν πληροφορίες που αφορούν την ανακλαστικότητα στο ορατό και τις συντεταγμένες του σημείου. Στην συνέχεια κατασκευάστηκαν το ορθοφωτομετρικό μωσαϊκό (Εικόνα 3) και το ψηφιακό μοντέλο εδάφους-DSM(Εικόνα 4). Η τελική χωρική ανάλυση των 3 διαφορετικών ορθοφωτομετρικών εικόνων που κατασκευάστηκαν υπολογίστηκε στα 6 με 10 εκατοστά και το μέγεθος του φατνίου στα ψηφιακά μοντέλα εδάφους στα 10 με 13 εκατοστά σε συνάρτηση με το ύψος πτήσης και την πυκνότητα των εικόνων.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα με βάση τα 3 διαφορετικά μοντέλα εδάφους που κατασκευάστηκαν δείχνουν ότι το χωριό Ανάργυροι έχει επηρεαστεί περισσότερο στο βορειοανατολικό άκρο του. Η κατοικημένη περιοχή παρόλο που αρχικά φάνηκε να μην επηρεάζεται από την κατολίσθηση, στην συνέχεια και για τον επόμενο 1,5 χρόνο δείχνει να δέχεται σοβαρές παραμορφώσεις. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα πολλά κτήρια του οικισμού να δεχτούν μεγάλη καταπόνηση και να υποστούν ζημιές. Για την μέτρηση του ρυθμού σε κάθε μετατόπιση αρχικά κατασκευάστηκαν λεπτομερέστατα “πλέγματα” υψομέτρων και στην συνέχεια εντοπίστηκαν οι περιοχές εκείνες όπου το υψόμετρο παρουσιάζει διαφοροποιήσεις. Σύμφωνα με την μέθοδο αυτή εντοπίστηκαν 2 κύριοι άξονες παραμόρφωσης του τοπίου. Ο πρώτος είναι από τα ανατολικά στα δυτικά (1.600 μέτρα σε μήκος) και δείχνει να επηρεάζει όλες τις χρήσεις γης, ενώ ο δεύτερος (600 μέτρα σε μήκος) είναι από τα νοτιοανατολικά προς τα βορειοδυτικά και συσχετίζεται σαφώς με τον προσανατολισμό της κύριας κατολίσθησης. Επίσης η σύγκριση των ψηφιακών μοντέλων εδάφους έδειξε ότι η παραμόρφωση συνέβη κυρίως από τον Δεκέμβριο του 2017 μέχρι και τον Σεπτέμβριο του 2018 και λιγότερο προηγουμένως. Το νοτιοδυτικό άκρο του χωριού ακόμα και μετά από 1,5 χρόνο δείχνει να συμπεριφέρεται φυσιολογικά και δεν παρουσιάζει παραμορφώσεις στο υψόμετρο.

Συμπεράσματα

Η περιγραφόμενη μεθοδολογία παρουσιάζει ένα απλό αλλά παράλληλα πολύ βολικό τρόπο συνδυασμού πληροφοριών υψομέτρου για μία δεδομένη χρονική περίοδο έτσι ώστε να παραχθούν πληροφορίες που αφορούν τον ρυθμό μετατόπισης και κατά συνέπεια την παραμόρφωση μίας επιφάνειας. Η χρήση UAV αποδείχθηκε αρκετά δύσκολη αλλά και επικίνδυνη διαδικασία εξαιτίας μεταβολών στις καιρικές συνθήκες και στο τοπίο λόγω της συνέχισης του φαινομένου της κατολίσθησης. Επίσης ο πολύ μεγάλος όγκος δεδομένων που συλλέχθηκαν κατέστησε σχετικά δύσκολη την διαδικασία επεξεργασίας τους. Όσον αφορά την υποχώρηση του εδάφους, όπως εντοπίστηκε από την σύγκριση των τριών διαφορετικών ψηφιακών μοντέλων εδάφους τα οποία κατασκευάστηκαν, σε ορισμένα σημεία κοντά στα όρια της αρχικής κατολίσθησης στο λατομείο του Αμύνταιου, ξεπερνάει τα 3 μέτρα, ενώ από την ανάλυση των ορθοφωτοχαρτών προκύπτει ότι αυτή προχωράει με ένα συγκεκριμένο ρυθμό προς το χωριό των Αναργύρων προξενώντας αρχικά ζημιές σε αγροτικές εκτάσεις. Ο ρυθμός της παραμόρφωσης ο οποίος υπολογίστηκε δεν χαρακτηρίζει ομοιογενώς ολόκληρη την περιοχή ενδιαφέροντος όμως από την μεθοδολογία που ακολουθήθηκε προκύπτουν πολύ ενδιαφέροντα στοιχεία που αφορούν διαφοροποιήσεις στα υψόμετρα και την τάση της υποχώρησης του εδάφους τα οποία ενδεχομένως φανούν χρήσιμα για την πρόβλεψη αντίστοιχων φαινομένων στο μέλλον.