Εντοπισμός των περιοχών υγειονομικής ταφής με τη χρήση διαχρονικών θερμικών εικόνων LANDSAT
Από RemoteSensing Wiki
Εντοπισμός των περιοχών υγειονομικής ταφής με τη χρήση διαχρονικών θερμικών εικόνων LANDSAT
Detection of waste dumping locations in landfill using multi-temporal Landsat thermal images
Jasravia Gill, Kamil Faisal, Ahmed Shaker and Wai Yeung Yan
πηγή: [[1]]
Στη παρούσα μελέτη, επιδεικνύεται το πώς να χρησιμοποιηθούν τεχνικές θερμικής τηλεπισκόπησης μετρώντας την θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους (LST) που μπορεί να βοηθήσει στο εντοπισμό των περιοχών απόρριψης αποβλήτων. Μελετήθηκε ο χώρος υγειονομικής ταφής Shuyoukh στο Κουβέιτ. Δημιουργήθηκε ένας χάρτης πιθανότητας για να υποδειχθούν οι πιθανές τοποθεσίες απόρριψης αποβλήτων. Μέσω πενήντα δεδομένων γεωτρήσεων που λήφθηκαν υπόψη από την Αρχή Προστασίας Περιβάλλοντος του Κουβέιτ , τα αποτελέσματα που προέκυψαν έδωσαν συνολικό ποσοστό ακρίβειας 72%.
Εισαγωγή
Γενικά τα απόβλητα θάβονται κατά μήκος μιας οριακής περιοχής και σε ρηχό βάθος (έως 8 μέτρα). Σε αυτή τη μελέτη προτείνεται μια ευθύς προσέγγιση χρησιμοποιώντας τις θερμοκρασίες επιφάνειας του εδάφους που προκύπτουν από τις διαχρονικές LANDSAT θερμικές εικόνες για τη δημιουργία LST καμπυλών. Ο συνδυασμός διαχρονικών καμπύλων με τις υψηλές τιμές LST οδηγούν στον εντοπισμό των περιοχών απόρριψης αποβλήτων.
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης είναι ο χώρος υγειονομικής ταφής Shuyoukh του Κουβέιτ , που βρίσκεται στο νότιο μέρος της πόλης του Κουβέιτ και είναι ένας από τους μεγαλύτερους χώρους υγειονομικής ταφής στη χώρα καλύπτοντας συνολική έκταση 5,5 km2 και λαμβάνοντας περίπου 2500 τόνους απορριμμάτων καθημερινά. Οι ακριβείς περιοχές ταφής είναι άγνωστες , καθώς όλα τα πιθανά αρχεία που υπήρχαν χάθηκαν κατά τη διάρκεια του πολέμου του Κόλπου στις αρχές του 1990.
Μεθοδολογία
Η διαδικασία της μελέτης χωρίστηκε σε τέσσερις μεγάλες φάσεις, τη συλλογή δεδομένων , την επεξεργασία εικόνων , τον υπολογισμό του LST και την αξιολόγηση της ακρίβειας.
Η έρευνα επικεντρώνεται στην ανάπτυξη ενός κατάλληλου σεναρίου που θα συνδυάζει την πληροφορία των LST σε μορφή καμπυλών και θα προσδιορίζει τις περιοχές απόρριψης αποβλήτων.
Σε πρώτη φάση αποκτήθηκαν δεδομένα χρονικού εύρους 10 ετών του Landsat Thematic Mapper (ΕΤΜ+) (1985-1994) μέσω του USGS Earth Explorer ως το κύριο σύνολο δεδομένων για τη μελέτη. Συνολικά λήφθηκαν είκοσι εικόνες, δέκα για τη θερινή περίοδο και δέκα για τη χειμερινή περίοδο. Πριν τον υπολογισμό του LST , πραγματοποιήθηκε ατμοσφαιρική διόρθωση μέσω του μοντέλου ATCOR2.
Ο υπολογισμός του LST έγινε μετατρέποντας πρώτα τη τιμή pixel σε σχετική φασματική ανάκλαση , η οποία είναι η φασματική ακτινοβολία στη κορυφή της ατμόσφαιρας.
Μετά τον υπολογισμό του LST από τις εικόνες LANDSAT , οι εικόνες μπορούν να επικαλυφθούν και να συνδυαστούν προκειμένου να βρεθεί η περιοχή με τη σταθερά υψηλότερη θερμοκρασία μέσα σε αυτά τα 10 χρόνια.
Πρακτική Εφαρμογή
Στη πράξη μόνο η θερμική ζώνη κάθε εικόνας χρησιμοποιήθηκε ως δεδομένο για τον υπολογισμό του LST και την ανίχνευση συγκεκριμένων περιοχών ως περιοχές απόρριψης αποβλήτων εντός της περιοχής μελέτης. Τα εξαγόμενα αποτελέσματα ήταν σε μορφή GeoTIFF για περαιτέρω ανάλυση σε λογισμικό GIS (Arcmap).
Στη συνέχεια τα αποτελέσματα αυτά μετατράπηκαν σε πολύγωνα και καμπύλες βάσει των τιμών των pixel. Η μετατροπή αυτή έγινε προκειμένου να καλυφθεί η περιοχή μελέτης και να απομονωθεί από το υπόλοιπο κομμάτι της εικόνας.
Βάσει των τιμών LST στη περιοχή έγινε κατηγοριοποίηση της σε 2 ενότητες , ΧΥΤΑ και μη ΧΥΤΑ. Για την εύρεση περιοχών εντός ΧΥΤΑ εφαρμόστηκε μια μέθοδος όπου ο ανώτατος αριθμός επικαλυπτόμενων πολυγώνων θα ήταν 10. Οι περιοχές με το μέγιστο αριθμό αλληλεπικαλύψεων ταξινομήθηκαν ως οι πιο πιθανές τοποθεσίες υγειονομικής ταφής.
Αξιολόγηση Ακρίβειας
Η αξιολόγηση της ακρίβειας πραγματοποιήθηκε μελετώντας τα αποτελέσματα της ταξινόμησης βάσει των δεδομένων εκπαίδευσης με τη μορφή των πενήντα γεωτρήσεων που λήφθηκαν από την Αρχή Προστασίας του Περιβάλλοντος.
Η ακρίβεια μπορούσε να εκτιμηθεί μόνο για το βόρειο τμήμα του χώρου καθώς υπήρχε έλλειψη δεδομένων για το νοτιοανατολικό τμήμα. Τα αποτελέσματα αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας διαφορετικούς συνδυασμούς των πολυγώνων που αφορούν τα LST μέσω αξιολόγησης ενός πίνακα συσχέτισης.
Αποτελέσματα και Ανάλυση
Συνολικά τα αποτελέσματα που προέκυψαν κατά τη θερινή περίοδο θεωρήθηκαν περισσότερο ακριβή σε σύγκριση με της χειμερινής περιόδου βάσει των πενήντα γεωτρήσεων.
Δε μπόρεσε να αξιολογηθεί η ακρίβεια για όλο το χώρο της υγειονομικής ταφής λόγω του ότι υπήρχε έλλειψη δεδομένων γεώτρησης στο νότιο τμήμα της περιοχής μελέτης. Για την εκτίμηση του νότιου κομματιού ο χώρος υγειονομικής ταφής θα μπορούσε να αξιολογηθεί με πρόσφατα δεδομένα γεωτρήσεων. Η μέγιστη συνολική ακρίβεια βρέθηκε να είναι 72% τόσο για το καλοκαίρι όσο και για το χειμώνα.
Συμπέρασμα
Η ροή θερμότητας ήταν πιο έντονη το καλοκαίρι και θα πρέπει η θερινή περίοδος να θεωρείται το καλύτερο διάστημα για την ανάλυση των τιμών LST. Επομένως προτείνεται για παρόμοιες εργασίες η επιλογή δεδομένων κατά τη θερινή περίοδο με τιμές περιγράμματος LST πάνω από τη τιμή του μέσου όρου της περιοχής.
Η μέθοδος που παρουσιάζεται παρέχει στις αρμόδιες αρχές μια γρήγορη λύση αρχικής εκτίμησης χωροθέτησης των περιοχών απόρριψης αποβλήτων, διευκολύνοντας έτσι τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων.
