Από RemoteSensing Wiki

Εντοπισμός τοποθεσιών σχηματισμού χειμάρρων με την χρήση της Τηλεπισκόπησης

Εισαγωγή

Η περίληψη που ακολουθεί αντλεί στοιχεία από την ιστοσελίδα του πανεπιστημίου Emporia State University, του τμήματος γεωλογίας στο Κάνσας των Η.Π.Α. [[1]]. Το κείμενο αποτελεί εργασία φοιτητή που εξετάζει την δυνατότητα εντοπισμού των περιοχών σχηματισμού χειμάρρων με την χρήση της Τηλεπισκόπησης.

Ορισμός χειμάρρου

Χείμαρρος ονομάζεται ένα ποτάμι που είναι στεγνό κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Το νερό των χειμάρρων προέρχεται κυρίως απευθείας από τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα και ρέουν στην επιφάνεια του εδάφους. Οι χείμαρροι ξεκινούν ως υδάτινες απορροές μικρού όγκου, σχηματίζοντας μικρά κανάλια (ρυάκι), όταν όμως οι απορροές αυτές αποκτούν μεγάλο όγκο υδάτων, δημιουργούν βαθιές αυλακώσεις με αποτέλεσμα να διαβρώνουν το έδαφος σε τέτοιο βαθμό που ένα όχημα δεν μπορεί να τις διασχίσει. Τέτοιου είδους σχηματισμοί ταξινομούνται ως χείμαρροι. Οι αιτίες σχηματισμού χειμάρρων αναζητούνται κυρίως στις εκχερσώσεις γης με σκοπό την δημιουργία καλλιεργειών, κατασκευής κτιρίων και έργων οδοποιίας. Όταν οι χείμαρροι εκβάλλουν σε άλλους αποδέκτες νερού όπως τα ρέματα, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να συμβάλλουν στην υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων λόγω της μεταφοράς ιζημάτων και άλλων ρυπαντικών φορτίων.

Εικόνα 1 :Παραδείγματα σχηματισμών χειμάρρων στην Panhandle της Φλόριντα των Η.Π.Α., πηγή:Emporia State University, τμήμα γεωλογίας, Κάνσας, Η.Π.Α. Φωτογραφίες του Michael Rainer

Εντοπισμό και καταγραφή των χαρακτηριστικών των χείμαρρων μεσω δορυφορικών συστημάτων

Η τηλεπισκόπηση είναι μια επιστήμη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό και την καταγραφή των χαρακτηριστικών της διάβρωσης που προκαλείται από τους χείμαρρους. Το κείμενο μελετά την μεθοδολογία εντοπισμού των χειμαρρικών σχηματισμών ως κομμάτι του υδρολογικού δικτύου, ώστε να γίνει η διάκρισή τους από άλλες μορφές εδαφικής διάβρωσης, όπως τα ορυχεία, την ανάπτυξη νέων μεταλλείων και την εξωαστική διαμόρφωση περιοχών αναψυχής. Η τηλεπισκόπηση και τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών (GIS) χρησιμοποιούνται για την ερμηνεία των αεροφωτογραφιών και των δορυφορικών εικόνων Landsat ώστε να διερευνηθούν τα χαρακτηριστικά των χειμάρρων.

Εικόνα 2 :Εναέριες εικόνες σχηματισμών χειμάρρων στην Panhandle της Φλόριντα των Η.Π.Α, πηγή:Emporia State University, τμήμα γεωλογίας, Κάνσας, Η.Π.Α.

Παραδείγματα σχηματισμών χειμάρρων

Οι φωτογραφίες που ακολουθούν αποτελούν παραδείγματα συνηθισμένων σχηματισμών χειμάρρων που εντοπίστηκαν στην περιοχή Panhandle της Φλόριντα των Η.Π.Α. Στην εικόνα 1Α και 1Β απεικονίζουν τα ανάντη και κατάντη αντίστοιχα ενός μεγάλου χειμάρρου που δημιουργήθηκε λόγω της απομάκρυνσης της βλάστησης για την ανάπτυξη λατομείου αργίλου. Στην εικόνα 1Β απεικονίζεται ο χείμαρρος που εκβάλει σε ένα ρέμα δημιουργώντας μεγάλη διάβρωση, οι οποία μπορεί να ευθύνεται για την σημαντική υποβάθμιση της ποιότητας του νερού. Στην εικόνα 1Γ απεικονίζεται η διαδρομή του χειμάρρου, που δημιουργήθηκε παράλληλα με ένα χωματόδρομο που είχε κατασκευαστεί με σκοπό τον έλεγχο των φερτών υλών του χειμάρρου, αλλά δεν επιτεύχθηκε ο σκοπός αυτός με αποτέλεσμα να συμβάλει στην περεταίρω διάβρωση. Στην εικόνα 1Δ απεικονίζεται ο χείμαρρος που σχηματίστηκε λόγω υλοτόμησης. Στις ακόλουθες αεροφωτογραφίες εντοπίστηκαν σχηματισμοί χείμαρρων στην περιοχή Panhandle της Φλόριντα είναι DOQQs του Σύστηματος Γεωγραφικών Πληροφοριών (LABINS, 2005). Οι πτήσεις πραγματοποιήθηκαν το Φεβρουάριο του 2004, για τον έλεγχο της μειούμενης φυτοκάλυψης στην περιοχής. Οι εικόνες DOQQs έχουν φυσικό χρώμα και είναι υψηλής χωρικής ανάλυσης της τάξεως του 1 μέτρου. Στην εικόνα 2Α εντοπίζονται αρκετοί χείμαρροι που πιθανότατα σχηματίστηκαν από τις δραστηριότητες του λατομείου εξόρυξης Αργίλου. Οι χείμαρροι καταλήγουν σε ένα μεγάλο ρέμα δυτικά της εκσκαφής. Επίσης, είναι ορατοί οι δύο δρόμοι οι οποίοι απεικονίζονται με λευκό χρώμα που οδηγούν στο λατομείο με κατεύθυνση από το βορρά προς το νότιο. Στην εικόνα 2Β η οποία απεικονίζει την περιοχή στα βόρεια της εικόνας 2Α, εντοπίζεται ένα σύστημα χειμάρρων που τέμνει κατά μήκος τον χωματόδρομο σε διάφορα σημεία από τα ανατολικά προς τα δυτικά. Για άλλη μια φορά, υπάρχει μια υδρολογική σύνδεση με το όμορο ρεύμα. Στις εικόνες 2Γ και 2Δ εντοπίζονται διαβρώσεις άγνωστης προέλευσης. Στην εικόνα 2Γ αναπτύσσονται χείμαρροι νοτιοδυτικά του ρέματος. Στην εικόνα 2Δ εντοπίζεται ένας πολύ μεγάλος χείμαρρος που απορρέει στα βορειοανατολικά του ρέματος.

Η λήψη της εικόνας 3 που ακολουθεί έγινε τις 7 Ιανουαρίου του 2003 από τον δορυφόρο Landsat TM. Η εικόνα καλύπτει την ίδια έκταση όπως και οι εικόνες DOQQs που αναλύθηκαν προηγουμένως, αλλά με χωρική ανάλυση της τάξεως των 30 μέτρων. Όπως και με τις εικόνες DOQQs, επιλέχθηκε μια εικόνα κατά την χειμερινή περίοδο προκειμένου να είναι περιορισμένη η βλάστηση ώστε να εντοπιστούν πιο εύκολα οι πιθανές τοποθεσίες των χειμάρρων.

Εικόνα 3 :Φυσικό σύνθετο τοποθεσιών χειμάρρων και διαδικασία ταξινόμησης δορυφορικών εικόνων, Panhandle της Φλόριντα των Η.Π.Α, πηγή:Emporia State University, τμήμα γεωλογίας, Κάνσας, Η.Π.Α.

Ταξινόμηση δορυφορικών εικόνων

Προκειμένου να αυτοματοποιηθεί η διαδικασία αναγνώρισης σε μεγαλύτερη γεωγραφική έκταση, εφαρμόστηκε η τεχνική μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Χρησιμοποιώντας την μονάδα CLUSTER IDRISI Κιλιμάντζαρο, τα κανάλια Landsat 1 έως 5, μαζί με ένα επίπεδο κορεσμού 1%, και ένα ευρύτερου επιπέδου γενίκευσης των παραμέτρων εισαγωγής. Η προκύπτουσα εικόνα είναι αποτέλεσμα δημιουργίας 8 διακριτών τάξεων, οι οποίες περαιτέρω επαναταξινομήθηκαν με βάση 3 διαφορετικές τάξεις δηλαδή την τάξη του χειμάρρου, του λατομείου και μια τάξη για τις υπόλοιπες κατηγορίες. Τα αποτελέσματα της επεξεργασίας της δορυφορικής εικόνας 3Α παρουσιάζονται παρακάτω στις εικόνες από την 3Β έως και την 3Δ. Το κυανό χρώμα αντιπροσωπεύει τις πιθανές τοποθεσίες των χειμάρρων, το κόκκινο αντιπροσωπεύει τα λατομεία, και το κίτρινο χρώμα είναι όλες τις άλλες κατηγορίες. Οι περιοχές με μπλε περίγραμμα αντιπροσωπεύουν τους ψηφιοποιημένους χειμάρρους με βάση την DOQQs και το φυσικό σύνθετο της εικόνας Landsat. Οι θέσεις 1, 2 και 3 δείχνουν μια σωστά ταξινομημένη εικόνα. Η περιοχή 4 επαναταξινόμηθηκε και προσδιορίζει την περιοχή ως επί πλείστον του λατομείου σε σχέση με τους χειμάρρους.