Εφαρμογές της Τηλεπισκόπησης στη χαρτογράφηση κατολισθήσεων στο Hong Kong

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς

V.K. Vohora, S.L. Donoghue

Αντικείμενο της Εφαρμογής

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη του φαινομένου των κατολισθήσεων στην περιοχή του Hong Kong.

Στόχος της Εφαρμογής

Στόχος της παρούσας εργασίας αποτελεί η χρήση δορυφορικών εικόνων για την απεικόνιση κατολισθητικών φαινομένων μικρής κλίμακας στην περιοχή, η αναγνώριση μέσω μεθόδων τηλεπισκόπησης περιοχών που εμφανίζουν κάποια διατάραξη όσον αφορά τη βλάστηση, καθώς και απογυμνωμένων περιοχών (π.χ. λόγω πυρκαγιών), και η διερεύνηση της συσχέτισης των παραγόντων αυτών με τη δημιουργία των προϋποθέσεων για την εμφάνιση κατολισθήσεων στην περιοχή.

Εισαγωγή

Η πόλη του Hong Kong χαρακτηρίζεται από ιδιαίτερα μεγάλη πληθυσμιακή πυκνότητα, με το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού να συγκεντρώνεται στις παράκτιες ζώνες. Οι έντονες κλίσεις που συναντώνται εντός μιας ζώνης λίγων χιλιομέτρων από τα αστικά κέντρα, το υγρό τροπικό κλίμα, αποτελούν προδιαθέτουν την εκδήλωση κατολισθητικών φαινομένων, ενώ οι έντονα σημαδεμένες βουνοπλαγιές συνιστούν μαρτυρίες σχετικά με την ταχύτητα και δριμύτητα των φαινομένων αυτών. Η έντονη ανάγκη για επέκταση του ζωτικού χώρου, έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία υποδομών όλο και πιο κοντά σε περιοχές με εντονότερο ανάγλυφο. Οι υποδομές αυτές είτε έχουν επηρεασθεί από την εκδήλωση τέτοιων φαινομένων, είτε αντιμετωπίζουν τον κίνδυνο μελλοντικά να έρθουν αντιμέτωπες με αυτά.

Ανασκόπιση

Ένα πολύ σημαντικό μέρος του ‘φυσικού’ εδάφους του Hong Kong (με τον όρο αυτό εννοούμε το έδαφος που δεν έχει επηρεασθεί ή καλύτερα τροποποιηθεί από την ανθρώπινη δραστηριότητα) χαρακτηρίζεται ως οριακά σταθερό. Μεταξύ των ετών 1945 και 1997 έχουν καταγραφεί περίπου 27.000 κατολισθήσεις στα εδάφη αυτά. Με πρωτοβουλία του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Hong Kong έχει συνταχθεί μια απογραφή των κατολισθητικών φαινομένων στο ‘φυσικό’ έδαφος της περιοχής (Natural Terrain Landslide Inventory - NTLI) για την περίοδο 1945-2000, μέσα από τη χρήση αεροφωτογραφιών από μεγάλο υψόμετρο, ενώ υπάρχει και βάση δεδομένων όπου οι αεροφωτογραφιές που έχουν χρησιμοποιηθεί είναι χαμηλού υψομέτρου. Οι περιορισμοί που προκύπτουν είναι σημαντικοί στην περίπτωση του NTLI (π.χ. χαμηλά επίπεδα των αεροφωτογραφιών, σκιές στο έδαφος, κ.α.), ενώ θα μπορούσε να γίνει μια συμπλήρωση των στοιχείων με νέα σε σχέση με το ιστορικό βροχοπτώσεων της περιοχής καθώς με στοιχεία όσον αφορά αλλαγές του περιβάλλοντος (π.χ. πυρκαγιές που έχουν εκδηλωθεί λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων).

Ωστόσο, ιδιαίτερα σημαντική είναι η υιοθέτηση της τηλεπισκόπισης για την παρατήρηση δορυφορικών απεικονίσεων, για την αντιμετώπιση των περιορισμών του προγράμματος χαρτογράφησης των κατολισθήσεων. Όσον αφορά τους δείκτες βλάστησης, δείκτες βασισμένοι σε δορυφορικές απεικονίσεις στο εγγύς υπέρυθρο και στο κόκκινο μήκος κύματος, χρησιμοποιούνται ευρέως σα μέτρα για την πυκνότητα της βλάστησης, ενώ ιδιαίτερα σημαντική είναι η δυνατότητα διαχωρισμού της υγιούς βλάστησης από τη νεκρή, καμένη ή άρρωστη βλάστηση. Η χρήση απεικονίσεων LANDSAT TM δίνει τη δυνατότητα αυτή. Ένας πολύ κοινός δείκτης βλάστησης είναι ο NDVI (τιμές μεταξύ -1 και +1).

Περιοχή Μελέτης

Περιοχή μελέτης της παρούσας εργασίας αποτελεί η περιοχή του Pat Sin Leng Range, μια περιοχή όπου συναντώνται οι βέλτιστοι παράγοντες για την ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας (γεωλογία, τοπογραφία - ανάγλυφο, βλάστηση, ιστορικό πυρκαγιών).

Εικόνα 1: Περιοχή Μελέτης - Pat Sin Leng Range

Είδη δορυφόρων ή αερομεταφερόμενων συστημάτων

• Δορυφόρος LANDSAT TM

• Δορυφόρος IKONOS

Μεθοδολογία

Η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας για την αναγνώριση περιοχών που εμφανίζουν διαταραγμένη βλάστηση, καθώς και περιοχών με σημάδια πυρκαγιάς, για την ανίχνευση κατολισθητικών φαινομένων, συνίσταται στα βήματα που ακολουθούν:

• Παραγωγή απεικόνισης με τη χρήση του δείκτη NDVI, μέσα από τη χρήση δεδομένων LANDSAT TM,

• Παραγωγή απεικόνισης με τη χρήση του δείκτη NDMIDIR, μέσα από τη χρήση δεδομένων LANDSAT TM,

• Αναγνώριση σημαδιών στις απεικονίσεις NDMIDIR και σύγκριση των τιμών του δείκτη με τις απεικονίσεις NDVI,

• Παραγωγή έγχρωμων σύνθετων απεικονίσεων με τη χρήση πολυφασματικών δεομένων από το δορυφόρο IKONOS για την αναγνώριση των κατολισθήσεων,

• Εντοπισμός σημαδιών πυρκαγιάς στις απεικονίσεις NDMIDIR,

• Επί τόπου έλεγχος (έλεγχος στο πεδίο) για την επιβεβαίωση των κατολισθητικών φαινομένων και των σημαδιών από πυρκαγιές.

Τα κανάλια TM5 (εγγύς υπέρυθρο) και TM7 (μέσο υπέρυθρο) του δορυφόρου LANDSAT TM που χρησιμοποιήθηκαν στην εφαρμογή αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για τη δημιουργία δεικτών βλάστησης, με σκοπό την αναγνώριση της άρρωστης ή καμένης βλάστησης. Δύο δείκτες προσδιορίστηκαν στην εφαρμογή:

• Ο δείκτης NDVI

• Ο δείκτης NDMIDIR

Ακόμη, τα δεδομένα του δορυφόρου IKONOS μπορεί να είναι απεικονίσεις στο ορατό φως και στο εγγύς υπέρυθρο, και χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία έγχρωμων σύνθετων απεικονίσεων για τον εντοπισμό καταλισθητικών φαινομένων. Η φασματική ανάλυση των δεκτών/καναλιών που χρησιμοποιήθηκαν είναι της τάξης των 30 και 4 μέτρων (δορυφόροι LANDSAT TM και IKONOS αντίστοιχα).

Αποτελέσματα και Συζήτηση

Μέσω της απεικόνισης με τη χρήση του δείκτη NDMIDIR είναι δυνατό να γίνει μια καλύτερη διάκριση του σθένους της βλάστησης (διάκριση υγιούς από ασθενή βλάστηση) σε σχέση τις απεικονίσεις με τη χρήση του δείκτη NDVI (Εικόνες 2 και 3).

Εικόνα 2: Απεικόνιση με τη χρήση του δείκτη NDVI για την παρουσίαση της υγιούς βλάστησης (περιοχές με έντονο τόνο του άσπρου).

Εικόνα 3: Απεικόνιση με τη χρήση του δείκτη NDMIDIR για την αναγνώριση πιθανών σημαδιών πυρκαγιών κατά μήκος του βόρειου και δυτικού Pat Sin Leng Range. Διακρίνονται επίσης μικρές περιοχές διαταραγμένης βλάστησης στα βόρεια. Σημάδια πυρκαγιών και κατολισθήσεις σε έρευνες πεδίου, ιδιαίτερα κατά μήκος του δυτικού κομματιού.

Στην Εικόνα 4 παρουσιάζεται ένα έγχρωμο σύνθετο με τη χρήση του εγγύς υπέρυθρου, του πράσινου και του μπλε καναλιού του δέκτη του δορυφόρου IKONOS. Με κόκκινο χρώμα απεικονίζεται η υγιής βλάστηση, ενώ με κίτρινο και μπλε χρώμα απογυμνωμένες πλαγιές λόφων.

Εικόνα 4: Έγχρωμο σύνθετο - IKONOS απεικόνιση. Το κίτρινο πλαίσιο φαίνεται στην Εικόνα 5, ενώ το μπλε πλαίσιο στην Εικόνα 6.

Εικόνα 5: Έγχρωμο σύνθετο για την απεικόνιση διαβρωμένων επιφανειών και διαταραγμένης βλάστησης

Εικόνα 6: Έγχρωμο σύνθετο για την απεικόνιση των σημαδιών από κατολισθήσεις σε μια απογυμνωμένη περιοχή. Αξίζει η παρατήρηση της απουσίας σημαδιών κατολισθήσεων σε περιοχές που καλύπτονται από υγιή βλάστηση (κόκκινο χρώμα).

Από την ανάλυση των παραπάνω απεικονίσεων, προκύπτει ότι παρατηρείται μια συσχέτιση των κατολισθήσεων με τις απογυμνωμένες πλαγιές, και επομένως με τις περιοχές με διαταραγμένη βλάστηση (π.χ. καμένη).

Συμπεράσματα

Η εξαγωγή συμπερασμάτων σε σχέση με τη θετική συσχέτιση μεταξύ στοιχείων όπως η διαταραγμένη βλάστηση, οι απογυμνωμένες πλαγιές και η εκδήλωση κατολισθητικών φαινομένων, αποτελεί σημαντικό εύρημα όσον αφορά την πρόβλεψη κατολισθήσεων σε επιρρεπή εδάφη στην περιοχή του Hong Kong. Η παρούσα εφαρμογή επικεντρώνεται στη χρήση δεδομένων από τους δορυφόρους LANDSAT TM και IKONOS, ωστόσο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και άλλα δεδομένα για τη χαρτογράφηση των μεταβολών του φυσικού εδάφους και των βαθέων διαβρώσεων, οι οποίοι ενδεχομένως να αποτελούν επιπλέον παράγοντες που προδιαθέτουν την εκδήλωση κατολισθήσεων.