Εντοπισμός Κατολισθήσεων Με Χρήση Πολυφασματικών Δορυφορικών Εικόνων
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς
K.S. Cheng, C. Wei, S.C. Chang
Department of Bioenvironmental Systems Engineering/Hydrotech Research Institute, National Taiwan University
Πηγή
Locating landslides using multi-temporal satellite images
Εισαγωγή
Χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και τεχνικές για την ανίχνευση των αλλαγών στην επιφάνεια της γης έχει αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στο πρόσφατο παρελθόν. Ιδιαίτερα μετά από φυσικές καταστροφές όπου τα εδάφη γίνονται ασταθή και ευαίσθητα σε κατολισθήσεις απαραίτητη κρίνεται η καταφυγή στις τεχνικές τηλεπισκόπησης για τον εντοπισμό των καθιζήσεων και τον προγραμματισμό δράσης για την αποκατάσταση του εδάφους.
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης τοποθετείται στην Κεντρική Ταϊβάν και καλύπτει μια συνολική έκταση 333 km2. Οι υψομετρικές διαφορές του ανάγλυφου στην περιοχή κυμαίνονται από 220 έως 3952 μ. πάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας. Η περιοχή αποτελεί και την επιφάνεια απορροής του Juo-Shuei ποταμού, έναν από τους σημαντικότερους ποταμούς της Ταϊβάν. Η περιοχή μελέτης είναι επίσης πολύ κοντά στο επίκεντρο του σεισμού Chi-Chi. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των τόπων κατολίσθησης SPOT πολυφασματικές εικόνες, που αποκτήθηκαν τον Οκτώβριο του 1999 και το Σεπτεμβρίου του 2001. Ένας σημαντικός τυφώνας (Toraji) πέρασε μέσα από την περιοχή μελέτης στις 30 Ιουλίου του 2001 και προκάλεσε σημαντικές κατολισθήσεις. Ακόμη χρησιμοποιήθηκαν ορθά ανηγμένες αεροφωτογραφίες κλίμακας 1:5000 και ψηφιακά μοντέλα εδάφους (DTM) τα χρησιμοποιούνται επίσης για διόρθωση εικόνας και τον υπολογισμό της κλίσης της επιφάνειας της γης, αντίστοιχα.
Διόρθωση αρχικής εικόνας
Η ανίχνευση της αλλαγής με χρήση πολυφασματικών εικόνων απαιτεί όλες οι εικόνες να αναφέρονται σε μια κοινή βάση, είτε ένα χάρτη ή μια εικόνα, που ακολουθείται από μια σύγκριση των τιμών της ανάκλασης της εικόνας. Αν είναι δύο οι εικόνες που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση αλλαγής δύο προσεγγίσεις μπορούν να εφαρμοσθούν. Η πρώτη προσέγγιση είναι να γίνει αναφορά των δύο εικόνων ανεξάρτητα σε ένα κοινό ορθοφωτοχάρτη και στη συνέχεια να γίνει σύγκριση των τιμών της ανάκλασης των δύο εικόνων. Η δεύτερη προσέγγιση είναι να διορθωθεί κατ 'αρχάς μία από τις δύο εικόνες σε ένα χάρτη ορθής προβολής και στη συνέχεια να γίνει μια εικόνα προς εικόνα διόρθωση μεταξύ των δύο εικόνων.
Η πρώτη προσέγγιση θα οδηγήσει σε εσφαλμένες αλλαγές λόγω των λαθών στη διόρθωση των δύο εικόνων και την ασυνέπεια της αναφοράς των διορθωμένων περιοχών. Η μέθοδος Εικόνα σε Εικόνα αναμένεται να επιτύχει μεγαλύτερη ακρίβεια από τη διόρθωση Εικόνας σε Χάρτη αφού και οι δύο εικόνες είναι γενικά της ίδιας χωρικής ανάλυσης και έχουν παρόμοιο μοτίβο ανάκλασης καθιστώντας ευκολότερη την αναγνώριση εδαφικών πρότυπων και την εύρεση περισσότερων φωτοσταθερών σημείων. Ως εκ τούτου, στην παρούσα μελέτη υιοθετείται η δεύτερη προσέγγιση με στόχο την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας στην ανίχνευση μεταβολών μέσω της εικόνα-εικόνα καταχώρισης.
Ανίχνευση αλλαγής
Δεδομένου ότι οι πολυφασματικές εικόνες έχουν διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, γίνεται φασματική ανάλυση για την αποτελεσματική αντιστάθμιση της διακύμανσης της φωτεινότητας που προκαλείται από τις διάφορες κλιματικές συνθήκες. Με την εξισορρόπηση των ιστογραμμάτων οι αποδόσεις για τις κύριες εδαφοκαλύψεις έχουν σταθερούς τόνους του γκρι. Εντούτοις, οι συχνότητες συγκεκριμένων επιπέδων γκρίζου είναι διαφορετικές στις δύο εικόνες, γεγονός που σημαίνει πως η διαφορά στις συχνότητες δείχνουν τον αριθμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν σε αλλαγές των χρήσεων γης / εδαφοκάλυψης. Περιστατικά της αλλαγής εδαφοκάλυψης αντιστοιχούν σε σημαντική διαφορά των τιμών του γκρι επιπέδου των προ-και μετα της εκδήλωσης του γεγονότος των IR / R εικόνων. Στην Εικόνα 2 απεικονίζονται με ανοιχτόχρωμο τόνο οι περιοχές αλλαγής χρήσεων γης / εδαφοκάλυψης.
Στη διαφορική εικόνα IR / R τα pixel που σχετίζονται με εδαφικές αλλαγές έχουν μεγαλύτερες τιμές στον τόνο του γκρι. Επειδή όμως δεν είναι όλες οι αλλαγές που ανιχνεύονται περιοχές κατολισθήσεων, χρησιμοποιήθηκαν τα DTM δεδομένα για τη δημιουργία μιας εικόνας που να απεικονίζει τις πλαγιές της περιοχής μελέτης και η ταυτοποίηση των κατολισθήσεων περιορίζεται στις περιοχές με κλίση πιο απότομη από 22ο.
Συμπεράσματα
Στην παρούσα μελέτη αποδεικνύεται ότι η συνήθης προσέγγιση Kriging της εικόνας προς εικόνας απόδοση δίνει υψηλής ακρίβειας αποτελέσματα σε ορεινές και τραχιές περιοχές. Η τεχνική φασματικής ανάλυσης δίνει παρόμοιες τιμές φωτεινότητας για πολυφασματικές SPOT εικόνες και αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση του ποσοστού των αλλαγών εδαφοκάλυψης στην περιοχή μελέτης. Η τεχνική διάκρισης των πολυφασματικών εικόνων δίνει μια διαφορική εικόνα η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των ορίων των τόνων του γκρι για την ανίχνευση της αλλαγής. Επίσης, αποδεικνύεται στην παρούσα μελέτη ότι τα DTM τα στοιχεία είναι πολύτιμα για τον διαχωρισμό των περιοχών των κατολισθήσεων από τις διαπιστωθείσες αλλαγές στην εδαφοκάλυψη.
