Δυνατότητα παρακολούθησης των Χώρων Απόθεσης Αποβλήτων με τη χρήση Tηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή: Journal of Integrated Field Science, 2009-3,Vol.6, p.23 - 28

Possibility of Monitoring of Waste Disposal Site Using Satellite Imagery

Συγγραφέας: Chinatsu YONEZAWA

Εικόνα 1. ALOS PRISM εικόνες που αποκτήθηκαν με ναδίρ προβολή του χώρου υγειονομικής ταφής Ishidumori, του νομού Miyagi νομού στις 28 Δεκεμβρίου 2006 (α), 1 Μαρτίου 2007 (β), 15 Νοεμβρίου 2007 (γ), και 2 Ιουλίου 2008 (δ). Οι κύκλοι δείχνουν τα σημεία στα οποία εντοπίστηκαν αλλαγές στην πορεία του χρόνου.

Λέξεις Κλειδιά: ALOS, Quickbird, Οπτική ερμηνεία εικόνας, Διαχείριση Αποβλήτων, Παράνομη Απόρριψη Αποβλήτων

Κey words: ALOS, Quickbird, Visual image interpretation, Waste management, Illegal dumping

1. Αντικείμενο Εφαρμογής

Αυτή η έρευνα πραγματεύεται τη δυνατότητα διαχείρισης και παρακολούθησης των χώρων απόθεσης αποβλήτων με χρήση δεδομένων από δορυφόρους.

2. Στόχος της Εφαρμογής

Ο στόχος αυτής της έρευνας ήταν να διευκρινίσει τη χρησιμότητα και τους περιορισμούς στην ανίχνευση μεταβολών στην επιφάνεια των χώρων απόθεσης αποβλήτων στην περιοχή της Ιαπωνίας με οπτική ερμηνεία των εικόνων που λαμβάνονται από τους πρόσφατα αναπτυσσόμενους δορυφόρους ALOS και Quickbird.

Εικόνα 2: Quickbird παγχρωματικές εικόνες της πανεπιστημιούπολης Taihaku του Miyagi που έχουν ληφθεί στις 21 Σεπτεμβρίου 2006 ( α) και στις 5 Ιουνίου 2003 ( β ).

3. Είδη δορυφόρων, δεκτών και καναλιών

Στη μελέτη χρησιμοποιούνται δεδομένα από το δορυφόρο ALOS (Advanced Land Observing Satellite) που είναι ιαπωνικός δορυφόρος που εκτοξεύτηκε το 2006 και έχει τρεις αισθητήρες: α) τον PRISM (Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping), τον AVNIR-2 (Advanced Visible and Near Infrared Radiometer- type 2), και τον PALSAR (Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar). Πιο συγκεκριμένα, ο PRISM είναι ένας αισθητήρας που επιτρέπει να παρατηρήσουμε την επιφάνεια της γης από τρεις κατευθύνσεις και δημιουργεί ένα ψηφιακό μοντέλο επιφανείας με χωρική ανάλυση 2,5m για κατακόρυφη λήψη, ο AVNIR-2 είναι ένας πολυφασματικός οπτικός αισθητήρας με χωρική ανάλυση 10m και ο PALSAR είναι SAR (Synthetic Aperture Radar) με χωρική ανάλυση περίπου 10m. Επιπλέον χρησιμοποιούνται δορυφορικές εικόνες από το δορυφόρο Quickbird που είναι ένας αμερικανικός δορυφόρος υψηλής ανάλυσης που ξεκίνησε το 2001 για εμπορικούς σκοπούς και διαθέτει αισθητήρες με χωρική ανάλυση 0.61m για το παγχρωματικό κανάλι και 2,44 m για τα τέσσερα πολυφασματικά κανάλια.

4. Περιοχή μελέτης - εξεταζόμενοι χώροι και χρήση δορυφορικών εικόνων ALOS

Με τη χρήση των δορυφορικών εικόνων από τον ALOS έγινε εφικτή η παρακολούθηση ήδη γνωστών χώρων διάθεσης αποβλήτων, τόσο δημόσιων όσο και ιδιωτικών, στο νομό Miyagi στην Ιαπωνία. Πιο συγκεκριμένα ο χώρος υγειονομικής ταφής απορριμμάτων Ishidumori αποτέλεσε περιοχή-στόχο καθώς είναι ο μεγαλύτερος χώρος απόθεσης στο νομό Miyagi, με χωρητικότητα 6.412.000m3 και συνολική έκταση 800.000m2 και με βασικό υλικό προς ταφή, τέφρα από εργοστάσια καύσης. Δύο ακόμα Χ.Υ.Τ.Α που εξετάζονται είναι οι Morisato και Otsurusawa που απέχουν μεταξύ τους 1km καθώς και μια σειρά ιδιωτικών Χ.Υ.Τ.Α του νομού Miyagi. Για την έρευνα χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα ALOS PRISM, AVNIR-2 και PALSAR. Τα δεδομένα PRISM συλλέχθηκαν στο διάστημα από τον Δεκέμβριο του 2006 μέχρι και τον Ιούλιο του 2008. Από τα δεδομένα των PRISM και AVNIR-2 παρήχθησαν εικόνες με συγχώνευση των πανχρωματικών στα πολυφασματικά δεδομένα (Pan-sharpend) της περιοχής- στόχου με την υπόθεση ότι η εξεταζόμενη περιοχή παραμένει ίδια σε διάστημα τριών ημερών. Όσον αφορά τις εικόνες PALSAR, η πόλωσή τους ήταν HH, και οι off-nadir γωνίες παρατήρησης ήταν 21,5 °, 34,3 °, 41,5 ° και 50,8 °.

Εικόνα 3: Πανχρωματική εικόνα από το δορυφόρο QuickBird που απεικονίζει μέρος της περιοχής Kami-cho του νομού Miyagi. Ο κύκλος δείχνει ένα ιδιωτικό χώρο διάθεσης ελαστικών.

5. Περιοχή μελέτης - εξεταζόμενοι χώροι και χρήση δορυφορικών εικόνων Quickbird

Οι δορυφορικές εικόνες από τον Quickbird χρησιμοποιήθηκαν για την ταυτοποίηση των χώρων παράνομης απόρριψης απορριμμάτων όπως στην πανεπιστημιούπολη Taihaku του Πανεπιστημίου Miyagi. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν και αναλύθηκαν παγχρωματικά και πολυφασματικά δεδομένα από τον Quickbird ανακτηθέντα στις 21 Σεπτεμβρίου 2006 και στις 5 Ιουνίου 2003 με off-nadir γωνίες 19 ° και 23 ° αντίστοιχα. Στην πανεπιστημιούπολη γινόταν εναπόθεση σκουπίδιών (σκυρόδεμα, σίδηρος , χαρτί και πλαστικά αντικείμενα) που επιβεβαιώθηκαν με επίγεια παρατήρηση το Σεπτέμβρη του 2006. Διερευνήθηκε επίσης στην περιοχή Nakaniida, η θέση Kami-cho, του νομού Miyagi, που αποτελούσε ιδιωτικό χώρο εναπόθεσης ελαστικών και χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της πιθανότητας αναγνώρισης του χώρου ως χώρο απόθεσης από εικόνα Quickbird με παγχρωματικά και πολυφασματικά δεδομένα (Εικόνα 4). Τα δεδομένα ελήφθησαν τον Αύγουστο του 2005 και προέκυψαν εικόνες με συγχώνευση των πανχρωματικών στα πολυφασματικά δεδομένα (Pansharpened) .

6. Ανάλυση δεδομένων και Αποτελέσματα

6.1. Δεδομένα Quickbird

Στο χώρο υγειονομικής ταφής Ishidumori εντοπίστηκαν προφανείς αλλαγές στην επιφάνεια του εδάφους, που αποτυπώνονται σε εικόνες του δορυφόρου ΑLOS με χρήση του αισθητήρα PRISM ( Εικόνα 1 ) . Για παράδειγμα , αναπτυσσόμενες χωματερές ήταν εμφανής στο νότιο τμήμα του χώρων υγειονομικής ταφής στα πλαίσια κύκλου Α στην Εικόνα 1 . Η ύπαρξη αντικειμένων ήταν εμφανής στο έδαφος τον Δεκέμβριο του 2006 μέσα στον κύκλο Β ενώ δεν εμφανίζονται από το Νοέμβριο του 2007 . Η περιοχή μέσα στον κύκλο C καλύφθηκε από βλάστηση το Νοέμβριο του 2007, αλλά φαίνεται να είναι γυμνό έδαφος στην εικόνα που ελήφθη τον Ιούλιο του 2008. Αυτές οι αλλαγές στην επιφάνεια θα μπορούσαν να προσδιοριστούν και με εικόνες PRISM. Ωστόσο , οι εικόνες με συγχώνευση των πανχρωματικών στα πολυφασματικά δεδομένα( Pan - sharpend εικόνες) είναι πολύ πιο χρήσιμο εργαλείο για την εξαγωγή συμπερασμάτων ως προς τις αλλαγές στην επιφάνεια με οπτική ερμηνεία , ιδιαίτερα σε περιοχές με βλάστηση . Από την άλλη ήταν αδύνατο να προσδιοριστούν οι αλλαγές της επιφάνειας του εδάφους σε χώρους διάθεσης αποβλήτων από την οπτική ερμηνεία των εικόνων PALSAR.

6.2. Δεδομένα ALOS

Γράφημα 1: Διαγράμματα φασματικών μέσων της υπό εξέταση περιοχής για την παρουσία αποβλήτων ελαστικών, νερού, δασικής έκτασης , γεωργικών εκτάσεων, κτιρίων και εδάφους για τα κανάλια 1 , 2 , 3 και 4 των πολυφασματικών εικόνων Quickbird.

6.2.α Πανεπιστημιούπολη Taihaku του Πανεπιστημίου Miyagi Ο χώρος παράνομης απόρριψης απορριμμάτων στην πανεπιστημιούπολη Taihaku του Πανεπιστημίου του Miyagi θα μπορούσε να εντοπιστεί με παγχρωματικές εικόνες (Εικ.2 (α)), αλλά και τα πολυφασματικά δεδομένα βοήθησαν σε μεγάλο βαθμό να γίνει διάκριση μεταξύ σκυροδέματος και βλάστησης λόγω των διαφορετικών φασματικών χαρακτηριστικών τους και γενικά διευκόλυναν την διάκριση μεταξύ απορριμμάτων (χαρτί, πλαστικό, και σίδηρο) και βλάστησης. Η περιοχή αυτή από τις εικόνες που ανακτήθηκαν στις 5 Ιουνίου 2003 ήταν αναγνωρίσιμη ως μάντρα, όπως φαίνεται στον κύκλο D στην Εικόνα 2 (β), και είχε εκτιμώμενο μέγεθος περίπου 4 x 6 m. Παρουσία σκουπιδιών ή άλλων αντικειμένων στο έδαφος διακρίνεται μέσα στην έλλειψη E της Εικόνας 2 (β).

Ο δορυφόρος Quickbird αυτή τη στιγμή λειτουργεί ως πολιτικός δορυφόρος που παρέχει εικόνες με την υψηλότερη δυνατή ανάλυση του εδάφους, και παρέχει τη δυνατότητα προσδιορισμού περιοχής απόθεσης απορριμμάτων που περιβάλλεται από βλάστηση, επιφάνειας περίπου 2 x 2 m. Παρότι οι πραγματικές πληροφορίες πεδίου είναι απαραίτητες για τη λεπτομερή ερμηνεία της εικόνας, είναι δυνατόν να υποθέσουμε την παρουσία των σκουπιδιών και την έκταση της περιοχής απόθεσης αυτών , εφόσον είναι γνωστές οι υποκείμενες συνθήκες.

6.2.β Χώρος απόθεσης ελαστικών στη θέση Kami-cho

Όσο αφορά τον ιδιωτικό χώρο απόθεσης ελαστικών στη θέση Kami-cho ήταν ικανοποιητικά μεγάλος προκειμένου να προσδιοριστεί από τις Quickbird παγχρωματικές και πολυφασματικές εικόνες (Εικ. 3). Ο χώρος εμφανίστηκε σαν μια σκοτεινή και ομαλή περιοχή στις παγχρωματικές εικόνες και με σχετικά χαμηλή περιοχή ανάκλασης στα κανάλια 1 έως 4 των πολυφασματικών εικόνων. Οι μέσες τιμές σε κάθε κανάλι των χαρακτηριστικών περιοχών που εκπροσωπούν απόβλητα ελαστικών, νερό, δάση, γεωργικές γαίες, κτίρια, και το έδαφος απεικονίζονται στο Σχήμα 5. Η περιοχή των αποβλήτων από ελαστικά μοιάζει με το νερό, εκτός από την εγγύς υπέρυθρη περιοχή (ζώνη 4), όπου η τιμή του είναι μεγαλύτερη από εκείνη του νερού.

7. Συμπεράσματα

Η διαχείριση των αποβλήτων αποτελεί σημαντικό ζήτημα για τις τοπικές αρχές στην Ιαπωνία που ευθύνονται για τη διάθεση των αποβλήτων και τη διαχείριση των Χώρων Υγειονομικής ταφής Απορριμμάτων. Η οπτική ερμηνεία δορυφορικών εικόνων αποτελεί ένα υποστηρικτικό εργαλείο για την τοπική αυτοδιοίκηση ως προς τη διαχείριση των χώρων διάθεσης απορριμμάτων καθώς και την παρακολούθηση της χρήσης των ιδιωτικών και των παράνομων χώρων υγειονομικής ταφής που εντοπίζονται. Ένα από τα προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν στο μέλλον αποτελεί η αδυναμία διάκρισης των υλικών με παρόμοια φασματικά χαρακτηριστικά. Η πρακτική εφαρμογή των δορυφορικών εικόνων στην παρακολούθηση των αποβλήτων απαιτεί βελτιώσεις ως προς τη χωρική ανάλυση των αισθητήρων, μικρότερα διαστήματα μεταξύ των παρατηρήσεων και μείωση του κόστους δεδομένων.