ΕΡΕΥΝΑ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ: ΜΙΑ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ

Από RemoteSensing Wiki

Εισαγωγή – Αντικείμενο εφαρμογής

Στην εργασία-πλαίσιο της τεχνικής υποστήριξης που προωθήθηκε στο Groundwater Unit (GWU) του από το FAO εφαρμοσμένου IRAQ/SCR/986 "Three-year Agricultural Programme", μία περιεκτική τηλεπισκοπική / GIS μεθοδολογία αναπτύχθηκε με στόχο την αναγνώριση πιθανών περιοχών για εκμετάλλευση υπόγειου νερού. Η προσέγγιση που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την εργασία ήταν μία ανάπτυξη της παραδοσιακής ακολουθίας των αναλύσεων του συστήματος διοχέτευσης, των γνωρισμάτων του εδάφους, κάλυψης και περιγράμματος.

Στόχος της εφαρμογής

Ο γενικός στόχος είναι η παροχή της ομάδας πεδίου WRISS/GWU με πληροφορίες, ώστε να δειυκολυνθεί η έρευνα σχετικά με την αναζήτηση υπόγειων υδάτων προς εκμετάλλευση.

Περιοχή μελέτης

Η περιοχή μελέτης καλύπτει τις εκτάσεις των περιοχών Dohuk, Erbil and Sulaymaniyah, σε μία συνολική έκταση της τάξης των 40 627 km2 (Εικόνα 1).

Δεδομένα και λογισμικά που χρησιμοποιήθηκαν

--Δορυφορικά δεδομένα--

Επιλέχθηκαν δεδομένα Landsat Enhanced Thematic Mapper (ETM) σε ψηφιακή μορφή, λόγω της διαθεσιμότητας των τριών εγγείς υπέρυθρων καναλιών (near- to mid-infrared bands).

--Τοπογραφικά και θεματικά δεδομένα--

Χρησιμοποιήθηκε το Operational Navigation Chart (ONC), κλίμακας 1:1 000 000, φύλλο G 4, έκδοση 10, για μία γενική εποπτεία της περιοχής.

--Επιτραπέζια δεδομένα--

Φύλλα MS Excel με στοιχεία για τις πηγές, βαθιές και ρηχές για μόνο 5 περιοχές

--Λογισμικό--

- ENVI 3.5 και 3.6 για γεωαναφορά και επεξεργασία της εικόνας

- ERDAS 8.4 για οπτική ανάλυση και ερμηνεία

- ArcView 3.2 για ανάκτηση δεδομένων, ανάλυση και ερμηνεία. Μία freeware επέκταση, το "Rose Tool" χρησιμοποιήθηκε

- Terranova ShArc 3.0 για editing διανυσματικών δεδομένων

3. Μεθοδολογία

Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την εργασία ήταν μία ανάπτυξη της παραδοσιακής ακολουθίας των αναλύσεων του συστήματος διοχέτευσης, των γνωρισμάτων του εδάφους, κάλυψης και περιγράμματος και η ενοποίηση των αποτελεσμάτων τους για γεωλογική και υδρογεωλογική αποτίμηση. Για την προσέγγιση αυτή αξιοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες και δορυφορικές εικόνες. Η δημιουργία βάσης δεδομένων GIS αν και χρονοβόρα, είναι σίγουρα πολύ βασική.

3.1 Τοπογραφικοί χάρτες γεωαναφοράς (Topographic maps georeferentiation)

Η τοπογραφική κάλυψη των τριών εκτάσεων του βορρά της περιοχής μελέτης δίνονται από μία σειρά 62 χαρτών σε κλίμακα 1:100 000 (Εικόνα 2), με τις ακόλουθες παραμέτρους προβολής:

Προβολή: Gauss-Kruger Ελλειψοειδές: Krassowski Datum: Pulkovo 1942 Zone 8 (42°-48° East) Units: μέτρα

Με στόχο την γεωαναφορά αυτών δεδομένων στην προβολή που χρησιμοποιείται στην εφαρμογή (UTM – WGS 84), μία μετατροπή συντεταγμένων πραγματοποιήθηκε στις γωνίες 62 χαρτών. Η μετατροπή πραγματοποιήθηκε με χρήση του λογισμικού ENVI 3.6 (Map Coordinate Converter). Ο πίνακας των συντεταγμένων χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία GIA layer που παρουσιάζει την τοπογραφική κάλυψη (Εικόνα 2). Το layer αυτό δημιουργήθηκε με το GIS λογισμικό ΤΝ-Sharc. Η διαδικασία γεωαναφοράς πραγματοποιήθηκε μέσω του ENVI Registration Module, με τη μέθοδο Ground Control Point (GCP). Η γεωαναφορά των τοπογραφικών χαρτών χρησιμοποιήθηκε για: 1) geocoding Landsat εικόνων, 2) stream network acquisition (για ενίσχυση δορυφορικών εικόνων) and 3) ερμηνεία μορφολογίας στη φάση του εντοπισμού σημείων κατάλληλων για μελέτη υπόγειων υδάτων.

3.2 Γεωαναφορά δορυφορικών δεδομένων

Για ρην εφαρμογή αυτή, χρησιμοποιήθηκαν δέκα εικόνες Landsat 7 ETM. Η πρώτη λειτουργία που πραγματοποιείται στις δορυφορικές εικόνες είναι η γεωδεσία (geocoding) τους, μέσω της χρήσης ήδη γεωδετημένων δεδομένων ως αναφορά. Κάθε είκοαν Landsat εισήχθη στο ENVI 3.5 όπου και πραγματοποιήθηκε η διαδικασία της γεωαναφοράς (ή γεωδεσίας) σε δέκα πολυφασματικές εικόνες. Μετά, τα αρχεία θερμικών και πανχρωματικών εικόνων υπέστησαν γεωαναφορά, χρησιμοποιώντας ως αναφορά, τα πολυφασματικά αρχεία.

Τοπογραφικοί χάρτες συνδυάστηκαν σε μωσαϊκά προκειμένου να καλύψουν την περιοχή κάθε εικόνας Landsat. Εν συνεχεία, μία διαδικασία πραγματοποιείται για την επιλογή των χαρτών του μωσαϊκού. Δημιουργούνται έξι (6) τοπογραφικοί χάρτες μέσω του εργαλείου Mosaicking του ENVI, οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορά για τη διαδικασία της γεωαναφοράς (Εικόνα 3). Με τη χρηση του καθορισμού των σημείων ελέγχου (Ground Control Points-GCP), τα οποία είναι αναγνωρίσιμα τόσο σε δορυφορικές εικόνες όσο και σε τοπογραφικούς χάρτες, κατανέμουμε τις συντεταγμένες εδάφους (ground coordinates) σε ένα δεδομένο σύστημα συντεταγμένων.

Οι παράμετροι ενός συστήματος συντεταγμένων που χρησιμοποιήθηκαν για γεωδεσία είναι:

Προβολή: UTM

Ελλειψοειδές: International 1909

Datum: WGS84

Zone 38 (42°-48° East)

Units: μέτρα

Για κάθε σκηνή, εφαρμόστηκε μία πολυονομική μετατροπή δευτέρου βαθμού, που κρατάει τις παραμορφώσεις σε χαμηλά επίπεδα. Για την διαδικασία του resampling χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος cubic convolution. Ως αποτέλεσμα της γεωαναφοράς, προέκυψαν 30 εικόνες (resampled).

3.3 Ανάλυση αποχετευτικού δικτύου / αναγνώριση λεκάνης απορροής

Πραγματοποιήθηκε ψηφιοποίηση των GIS layers του αποχετευτικού δικτύου (drainage network), των λιμνών και της λεκάνης απορροής μετά από ανάλυση των Landsat εικόνων και ψηφιοποίηση των τοπογραφικών χαρτών. Αυτό έγινε με τη χρήση του ArcView GIS και του Terranova Sharc. Περαιτέρω διορθώσεις και βελτιώσεις της αρχικής εκδοχής πραγματοποιήθηκαν μέσω ψηφιοποίησης του αποχετευτικού δικτύου (Εικόνα 4). Για τη χαρτογράφηση του τελευταίου δημιουργήθηκαν shape files τα οποία και ενώθηκαν μεταξύ τους σε κοινό layer. Η ψηφιοποίηση του έγινε χρήση του καναλιού 5 κύριως για εύρεση παράχθιας βλάστησης. Εφαρμόστηκαν επίσης τεχνικές costrast stretching (linear και piecewise linear) για βελτίωση της ποιότητας. Τα φίλτρα high pass που εφαρμόστηκαν δυστυχώς δεν συνέβαλαν στην δουλειά μας. Χρησιμοποιήθηκαν τοπογραφικοί χάρτες ως αναφορά, για περιοχές όπου δεν ήταν αναγνωρίσιμο το δίκτυο. (Εικόνα 5). Η ψηφιοποίηση για την ακτογραμμή των λιμνών εφαρμόστηκε με χρήση του καναλιού 5 του Landsat.

3.4 Ανάλυση εδάφους (Landforms analysis)

Πραγματοποιήθηκε μέσω Landsat 453 FCCs με το κανάλι 5. Η Εικόνα 6 παρουσιάζει τα αποτελέσματα.

3.5 Lineaments analysis

Η ψηφιοποίηση των χαρακτηριστικών πραγματοποιήθηκε μέσω οπτικής ανάλυσης μέσω του καναλιού 5 του Landsat. Ειδικές επαξεργασίες εφαρμόστηκαν (high pass, edge detect and directional) στις εικόνες για άντληση περισσότερων πληροφοριών. Επιπλέον, τα γραμμικά χαρακτηριστικά ταξινομήθηκαν περιφερειακά και τοπικά, βάσει της σχετικότητας τους. (Εικόνα 7).

Η χαρτογράφηση των θερμικών χαρακτηριστικών εφαρμόστηκε μέσω ψηφιακής ενίσχυσης από το κανάλι 6 του Landsat. (Εικόνα 8). Με τη χρήση του Rose Tool, δημιουργήθηκαν διαγράμματα Rosette για όλη την περιοχή. (Εικόνα 9).

3.6 Προετοιμασία βάσης δεδομένων

Με χρήση των ENVI 3.6, ERDAS IMAGINE 8.4, ArcView 3.2 and TNSharc 3.0, δημιουργήθηκε μία γεωβάση σε διανυσματική μορφή και προβλήθηκε μέσω UTM-WGS84.

3.7 Ερμηνεία

Επιλέχθησαν 30 περιοχές μελέτης (Εικόνα 10) και χωρίστηκαν σε 3 κλάσεις πρώτης, δεύτερης και τρίτης προτεραιότητας και πραγματοποιήθηκε η ερμηνεία.

3.8 Έλεγχος πεδίου

Μέσω της προηγούμενης διαδικασίας, μετα΄ξυ των 30 σημείων που επιλέχθηκαν εντοπίστηκαν περιοχές με σημαντικό δυναμικό υπόγειου νερού. Όλοι οι χάρτες έγιναν σε κλίμακα 1:50 000 και η γεωαναφορά έγινε μέσω UTM WGS*84 με τον Landsat FCC 453. Η Εικόνα 11 παρουσιάζει το πιθανό σενάριο.