ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΤΩΝ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ ΣΤΟΝ ΚΟΛΠΟ ΓΚΟΥΑΝΑΜΠΑΡΑ ΤΟΥ ΡΙΟ ΝΤΕ ΤΖΑΝΕΪΡΟ ΣΤΗ ΒΡΑΖΙΛΙΑ
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος του άρθρου στα αγγλικά: «Application of remote sensing data for oil spill monitoring in the Guanabara bay, Rio de Janeiro, RJ, Brazil»
Συγγραφείς:Cristina Maria Bentz, Fernando Pellon de Miranda
Πηγή: http://marte.dpi.inpe.br/col/dpi.inpe.br/lise/2001/09.19.12.02/doc/0747.752.262.pdf
Περίληψη
Αυτό το άρθρο περιγράφει την εφαρμογή των δεδομένων της τηλεπισκόπησης στον έλεγχο μιας πετρελαιοκηλίδας στον κόλπο Γκουαναμπάρα, του Ρίο ντε Τζανέιρο, στη Βραζιλία. Στη φάση του κινδύνου οι πληροφορίες των Landsat-5/TM (Thematic Mapper) και Radarsat-1 χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο της περιοχής της κηλίδας και της κίνησής της. Οι διαδικασίες ταξινόμησης εικόνας χρησιμοποιήθηκαν για να επισημανθούν οι καλυμμένες με πετρέλαιο περιοχές της επιφάνειας του νερού. Οι ασάφειες στην ανίχνευση του πετρελαίου επιλύθηκαν με τη βοήθεια των δεδομένων ενός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν βοήθησαν την PETROBRAS να βελτιώσει τις διαδικασίες ανταπόκρισης σε συνθήκες κινδύνου και τις ακόλουθες προσπάθειες καθαρισμού.
1.Εισαγωγή
Η διαρροή ενός αγωγού που μετέφερε υδρογονάνθρακες σε υψηλή θερμοκρασία προκάλεσε μια κηλίδα 1300 m3 καύσιμου πετρελαίου κοντά στην ακτογραμμή (εικόνα 1) τον Ιανουάριο του 2000. Αμέσως μετά το ατύχημα, πραγματοποιήθηκε μια προσπάθεια έκτακτης ανάγκης προκειμένου να αποκτηθούν δορυφορικές εικόνες και να γίνει έλεγχος της τοποθεσίας της κηλίδας και της κίνησής της. Λήφθηκαν μία εικόνα από τον Landsat-5/TM (Thematic Mapper) και 15 εικόνες από τον Radarsat-1. Η χαμηλή συχνότητα της λήψης και κάλυψη από σύννεφα που υπήρχε, περιόρισαν τη χρήση των δεδομένων Landsat και Spot. Αυτό το άρθρο παρουσιάζει τα αποτελέσματα στα οποία οδηγήθηκαν οι μελετητές μετά την ερμηνεία των τριών πρώτων εικόνων που λήφθηκαν μετά τη δημιουργία της κηλίδας (πίνακας 1).
Πίνακας 1: οι τρεις πρώτες εικόνες που λήφθηκαν για τον έλεγχο της πετρελαιοκηλίδας στον κόλπο Γκουαναμπάρα
Ο φυσικός μηχανισμός που επιτρέπει την ανίχνευση των πετρελαιοκηλίδων με τη βοήθεια των συστημάτων SAR είναι η ύγρανση των τριχοειδών κυμάτων στην επιφάνεια της θάλασσας. Αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν λίγα cm σε όρους μήκους κύματος και παράγουν οπισθοδιασπορά της ακτινοβολίας του ραντάρ εξαιτίας του μηχανισμού σκέδασης Bragg. Έτσι, οι ωκεάνιες περιοχές που περιέχουν πετρέλαιο στην εικόνα του ραντάρ παρουσιάζονται μαύρες συγκριτικά με το υπόβαθρό τους .
Αν και οι εικόνες SAR μπορεί να αποδειχτούν πολύ χρήσιμες για την ανίχνευση του πετρελαίου στον ωκεανό, πολλές άλλες διαδικασίες παράγουν επίσης οπισθοδιασπορά ακτινοβολίας η οποία μπορεί να οδηγήσει σε λάθος ερμηνεία. Τέτοιες διαδικασίες είναι: κηλίδες που προκαλούνται από τις παρεισφρύσεις γλυκού νερού συνήθως ποτάμιας προέλευσης, περιοχές με πολύ αδύναμο ή καθόλου άνεμο, ζώνες που οφείλονται σε κυματισμούς, γη, ή νησιά, περιοχές υποθαλάσσιας βλάστησης που προκαλεί ηρεμία στα επιφανειακά νερά της θάλασσας, βιογονικά πετρέλαια.
Στις περιοχές του ορατού και του ανακλώμενου υπερύθρου του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος οι πετρελαιοκηλίδες στην επιφάνεια της θάλασσας είναι ανιχνεύσιμες εξαιτίας των αλλαγών στην ανάκλαση του φωτός που επιστρέφει πίσω στους αισθητήρες σε συγκεκριμένες γωνίες θέασης. Συνήθως η παρουσία του πετρελαίου στον ωκεανό αυξάνει στην επιφάνεια το συντελεστή ανάκλασης του νερού, κυρίως στα κανάλια του υπερύθρου (TM 4, 5 e 7).
2.Επεξεργασία και ερμηνεία εικόνας Οι τεχνικές επεξεργασίας εικόνας εφαρμόστηκαν στα δεδομένα του Radarsat-1 και του Landsat-5/TM προκειμένου να εντοπιστούν οι περιοχές που καλύπτονται με πετρέλαιο στην επιφάνεια της θάλασσας. Οι ασάφειες όσον αφορά την ανίχνευση του πετρελαίου επιλύθηκαν με τη χρήση βοηθητικών πληροφοριών όπως η θέση γνωστών πηγών ρύπανσης, η χρήση πληροφοριών επιθεώρησης από εναέρια μέσα και εικόνες από GPS που λαμβάνονται από ελικόπτερα.
2.1.Εικόνα Radarsat-1 (S1) 18 Ιανουαρίου Η εικόνα Radarsat-1 που λήφθηκε στις 18 Ιανουαρίου του 2000 (Εικόνα 1) δείχνει ξεκάθαρα την περιοχή που επηρεάστηκε από το ατύχημα της διαρροής πετρελαίου. Εφαρμόστηκε μια διαδικασία ταξινόμησης με βάση την υφή (Unsupervised Semivariogram Textural Classifier - USTC) προκειμένου να ενισχυθούν οι λείες ,σκούρες περιοχές. Ο αλγόριθμος παράγει νέα κανάλια που αντιπροσωπεύουν της πληροφορίες υφής της εικόνας. Η χρήση αυτού του αλγορίθμου έγινε προκειμένου να πραγματοποιηθεί η ταξινόμηση χωρίς επιτήρηση αυτών των καναλιών. Μετά από αυτή την ταξινόμηση τα αποτελέσματα συσσωρεύτηκαν ανάλογα με την κατηγορία τους.
Οι λείες σκούρες περιοχές που χαρτογραφήθηκαν στην διαδικασία ταξινόμησης (Εικόνα 2) ονομάστηκαν σαν περιοχές ελεύθερες πετρελαίου, νερό καλυμμένο με πετρέλαιο ή εκροές αποβλήτων αποχέτευσης. Οι βοηθητικές πληροφορίες ήταν μια σημαντική ενίσχυση σε μια τέτοια ερμηνεία. Δεκαοχτώ ώρες μετά από τη διαρροή, η περιοχή που είχε καλυφθεί με πετρέλαιο ήταν περίπου 33 km2 .
2.2. Εικόνα Landsat-5/TM Image 19 Ιανουαρίου Ένας περιορισμός στην ανίχνευση πετρελαίου με τη χρήση της εικόνας από τον Landsat-5/TM ήταν η παρουσία από σύννεφα και ελαφριά ομίχλη κοντά στην περιοχή της κηλίδας. Προκειμένου να βελτιωθεί η οπτική διάκριση των διαφόρων σχηματισμών στην επιφάνεια της θάλασσας που σχετίζονται με το πετρέλαιο, χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι συνδυασμοί RGB από τα επτά κανάλια του TM. Ένας από τους προτιμηθέντες συνδυασμούς καναλιών για την ανίχνευση του πετρελαίου ήταν ο 1R2G3B (Εικόνα 3). Μια επιβλεπόμενη διαδικασία ταξινόμησης (MAXVER) εφαρμόστηκε προκειμένου να εντοπιστεί η καλυμμένη με πετρέλαιο επιφάνεια. Όλα τα ΤΜ κανάλια χρησιμοποιήθηκαν για την ταξινόμηση.
Η προκύπτουσα εικόνα αντιπροσωπεύει τις κάτωθι κατηγορίες (Εικόνα 4): νερό ελεύθερο πετρελαίου, εκβολές ποταμών, περιοχές κόλπων που επηρεάζονται από την ομίχλη και νερό καλυμμένο με πετρέλαιο. Η περιοχή που ήταν καλυμμένη με πετρέλαιο 34 ώρες μετά το ατύχημα είχε έκταση περίπου 56 km2. Οι περιοχές που ερμηνεύτηκαν με τις εικόνες τηλεπισκόπησης συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα από τα πρότυπα εκτίμησης της διασποράς πετρελαίου.
2.3. Εικόνα Radarsat-1 (S2) Image, 26 Ιανουαρίου Καθώς η κηλίδα εξαπλώθηκε στον κόλπο (Εικόνα 5), η ανίχνευση των περιοχών που ήταν καλυμμένες με πετρέλαιο ήταν πιο δύσκολο να ανιχνευτούν εξαιτίας παρερμηνειών λόγω λανθασμένων στόχων όπως παρεισφρήσεις φρέσκου νερού και αποχετευτικού δικτύου, περιοχές πολύ ασθενών ή καθόλου ανέμων, ζώνες σκιών ή βιογονικά πετρέλαια. Η μη επιβλεπόμενη διαδικασία ταξινόμησης που εφαρμόστηκε την 26 Ιανουαρίου στην εικόνα εντόπισε αρκετές σκούρες λείες περιοχές.
Η ενσωμάτωση των αποτελεσμάτων ταξινόμησης με τις βοηθητικές πληροφορίες, όπως οι τοποθεσίες γνωστών πηγών ρύπανσης, πληροφορίες αέριας επιθεώρησης, και ελεγχόμενες εναέριες φωτογραφίες από GPS που αποκτήθηκαν ταυτόχρονα με την λήψη των εικόνων, επέτρεψαν την τελική επιλογή των περιοχών που ήταν καλυμμένες με πετρέλαιο (Εικόνα 6).
3. Συμπεράσματα Τα στοιχεία από τον δορυφόρο Radarsat-1 παρείχαν μια κατάλληλη χρονική κάλυψη για τον έλεγχο έκτακτης ανάγκης της διαρροής πετρελαίου στον κόλπο Γκουαναμπάρα.
Τα δεδομένα του Landsat ήταν αποτελεσματικά στην ανίχνευση των περιοχών που ήταν καλυμμένες με πετρέλαιο. Ωστόσο, η κάλυψη με σύννεφα και το οκταήμερο πρόγραμμα νέας επίσκεψης (που χρησιμοποιεί τους Landsat-5 και Landsat-7) αποτρέπει τη συστηματική του χρήση ως εργαλείο παρακολούθησης. Τα τροχιακά δεδομένα τηλεπισκόπησης ήταν το οικονομικώς πιο αποδοτικό εργαλείο για να διαμορφωθούν οι χάρτες διαρροής πετρελαίου με τη μεγαλύτερη ακρίβεια.
Οι χάρτες διαρροών πετρελαίου χρησιμοποιήθηκαν για να αξιολογηθούν τα αποτελέσματα των προτύπων μοντέλων διασποράς πετρελαίου. Η χρήση των βοηθητικών πληροφοριών σε ένα περιβάλλον GIS είναι σημαντική προκειμένου να διακριθούν οι περιοχές στις οποίες υπάρχουν διαρροές πετρελαίου από λανθασμένους στόχους.
