Εφαρμογή και αξιολόγηση μεθόδου τηλεπισκοπικής ταυτοποίησης ανεξέλεγκτων χωματερών
Από RemoteSensing Wiki
Εφαρμογή και αξιολόγηση μεθόδου τηλεπισκοπικής ταυτοποίησης ανεξέλεγκτων χωματερών
A method for the remote sensing identification of uncontrolled landfills:formulation and validation
Συγγραφείς:S. SILVESTRI, M. OMRI
Πηγή: International Journal of Remote Sensing, Vol. 29, No. 4, 975–989, 2008
Στόχος Εφαρμογής
Η ταυτοποίηση ανεξέλεγκτων χωματερών αποτελεί ένα ιδιαίτερης σημαντικότητας περιβαλλοντικό πρόβλημα σε κάθε αναπτυγμένη ή αναπτυσσόμενη χώρα στην οποία εντοπίζονται διαφόρων τύπων ενέργειες παράνομης διάθεσης αποβλήτων ως αποτέλεσμα της κατά τον περασμένο αιώνα σημειούμενης βιομηχανικής ανάπτυξης. Οι τεχνικές της τηλεπισκόπησης πληρούν τις προϋποθέσεις παροχής κρίσιμων πληροφοριών οι οποίες συμβάλλουν στην ταυτοποίηση ρυπασμένων πεδίων, παρά το γεγονός ότι εντοπίζονται έντονες ελλείψεις προσεγγίσεων πλήρους αξιολόγησης. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή εισάγεται και αξιολογείται μια μέθοδος η οποία βασίζεται στη χρήση τηλεπισκοπικών πληροφοριών και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών για την ταυτοποίηση άγνωστων χωματερών ευρύτερων περιοχών. Η μέθοδος εφαρμόζεται σε μια περιοχή μελέτης της Νοτιοανατολικής Ιταλίας, σε ένα τμήμα της λιμνοθάλασσας της Βενετίας, χρησιμοποιώντας δεδομένα δορυφόρου IKONOS.
Αρχικές μέθοδοι παρατήρησης
Οι σε βάθος χρόνου επιπτώσεις της ανεξέλεγκτης διάθεσης αποβλήτων είναι πλέον εμφανείς καθώς εντοπίζονται διάφορες κρίσιμες καταστάσεις εξαιτίας της σχετικά βραδείας υιοθέτησης των αυστηρών κανονισμών από την πλευρά των επονομαζόμενων ‘αναπτυγμένων’ χωρών. Κατά το πρόσφατο παρελθόν, παρατηρείται σημαντική αύξηση των παράνομων χωματερών, γεγονός το οποίο αποδίδεται κατά κύριο λόγο στο ότι η διάθεση των επικίνδυνων βιομηχανικών αποβλήτων σε ειδικά σημεία επεξεργασίας, κατάλληλα για τον συγκεκριμένο τύπο αποβλήτων, είναι μια πράξη ιδιαίτερα δαπανηρή. Πρακτικά, είναι περισσότερο συμφέρουσα η διάθεση αποβλήτων προερχόμενων από βιομηχανικές δραστηριότητες σε χωματερές οι οποίες μπορούν εκ της φύσεώς τους να δεχτούν μη επικίνδυνα απορρίμματα αστικού τύπου και επομένως να μην εφαρμοστούν οι απαραίτητες, για την ασφαλή διάθεσή τους, διεργασίες. Στο παρελθόν, η συντριπτική πλειοψηφία των διαδικασιών παρακολούθησης παράνομων χωματερών επιτελούνταν με προγράμματα τα οποία εξειδικεύονταν στη υιοθέτηση παρατηρήσεων και τεχνικών τηλεπισκόπησης, χρησιμοποιώντας πληθώρα πρόσφατων αλλά και παλαιότερων δεδομένων δορυφορικών εικόνων και αεροφωτογραφιών. Επίσης, συχνά εφαρμόστηκαν τεχνικές οι οποίες βασίζονται στον εντοπισμό φαινομένων τα οποία συσχετίζονται με τις συνέπειες της ρύπανσης του εδάφους η οποία οφείλεται στην ύπαρξη μιας χωματερής όπως για παράδειγμα η υποβάθμιση της τοπικής χλωρίδας ή ασυνήθιστα υψηλές θερμοκρασίες εδάφους, προκαλούμενες από οργανικές ζυμώσεις με ταυτόχρονη παραγωγή βιοαερίου.
Είδη δορυφορικών/αερομεταφερόμενων συστημάτων
Στη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν διάφορες πρόσφατες (2000) και παλαιότερες (1955-1987) αεροφωτογραφίες για την οπτική παρατήρηση των περιοχών, επιτρέποντας την αναγνώριση διαφορετικού τύπου επιφανειών και φυτικής κάλυψης. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε ένα ευρύ σύνολο δεδομένων από παρατηρήσεις δορυφόρου IKONOS για το διάστημα Ιουνίου-Ιουλίου 2001 στο υπό μελέτη τμήμα της Βενετίας. Στα πλαίσια της μελέτης η περιοχή καλύφθηκε πλήρως από οκτώ λήψεις του δορυφόρου IKONOS׃ τέσσερις λήψεις κατεγράφησαν την 26/06/2001 (SL_1–10, SL_1–4bis, SL_11–18 και SL_19–30) και οι υπόλοιπες τέσσερις (SL_31–42, SL_43–54, SL_55–66 και SL_ 67–70) ελήφθησαν την 02/07/2001 (εικόνα 1).
Χρησιμότητα εικόνων
Ο αντικειμενικός σκοπός της διεργασίας λήψης εικόνων τηλεπισκόπησης ήταν ο εντοπισμός σημείων υποβαθμισμένης χλωρίδας, γεγονός το οποίο μπορεί να αποδοθεί σε γειτονική διάθεση αποβλήτων. Για τον σκοπό αυτό, η υπό μελέτη περιοχή χωρίστηκε σε δύο υπο-περιοχές, μια για την βαθμονόμηση των μεθόδων ταξινόμησης και μια δεύτερη για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Η περιοχή βαθμονόμησης, πλήρως καλυμμένη από απλή λήψη δορυφόρου IKONOS, περιλαμβάνει διάφορα σημεία εκ των προτέρων γνωστών παράνομων χωματερών.
Προεπεξεργασίες εικόνων
Τα πολυφασματικά δεδομένα συγχωνευμένων ψηφιακών εικόνων του δορυφόρου IKONOS (η διαδικασία της συγχώνευσης των εικόνων εφαρμόστηκε στο περιβάλλον παραγωγής δεδομένων Space Imaging, με βάση το παγχρωματικό κανάλι IKONOS ανάλυσης 1m) βαθμονομήθηκαν ακτινομετρικά και διορθώθηκαν ως προς τις ατμοσφαιρικές παρεμβολές με εφαρμογή του ακτινικού μοντέλου μεταφοράς MODTRAN 4 του λογισμικού ATCOR. Ο δείκτης ατμοσφαιρικής ορατότητας ρυθμίστηκε με χρήση επιπρόσθετων δεδομένων όπως για παράδειγμα η οπτική πυκνότητα της ατμόσφαιρας η οποία εκτιμήθηκε μέσω χρήσης ενός φωτόμετρου ευαίσθητου στην ηλιακή ακτινοβολία. Η διόρθωση των ατμοσφαιρικών αλλοιώσεων επιτρέπει την σύγκριση δεδομένων δορυφόρου IKONOS τα οποία ελήφθησαν σε διαφορετικές περιόδους και στη συγκεκριμένη μελέτη κρίνεται απαραίτητη λόγω της λήψης δεδομένων από μια αρκετά μεγάλη περιοχή. Τα δορυφορικά δεδομένα σάρωσης αναλύθηκαν και κατόπιν γεωαναφοράς επετράπη η σύνθεση διαφορετικών σαρώσεων και συνδέσεων με χάρτες γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών. Τέλος, εφαρμόστηκε ένας κλασικός αλγόριθμος ML για την ταξινόμηση της φυτοκάλυψης, χρησιμοποιώντας ένα υψηλό όριο πιθανότητας (0.98–0.995) για κάθε τάξη.
Χρήση επιπρόσθετων χαρτών-βάσεων δεδομένων
Στη μελέτη αξιοποιήθηκαν διαθέσιμα δεδομένα για την θέση και το σχήμα όλων των γνωστών παράνομων χωματερών της υπό μελέτη περιοχής. Συνολικά ελήφθησαν υπόψιν 52 σημεία ενώ χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα αναλυτικών οδικών χαρτών κατόπιν ενημέρωσής τους κατά την φάση έναρξης της μελέτης.
Σημαντικά αποτελέσματα-Αξιολόγηση μεθόδου
Συνοπτικά, η αξιολόγηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων καταδεικνύει ότι:
- όλες οι περιοχές εντοπισμού παράνομων χωματερών περιλαμβάνουν μεγάλα τμήματα στα οποία η φυτοκάλυψη έχει υποβαθμιστεί,
- η χλωρίδα απεδείχθη ως ένας αξιόπιστος δείκτης ρύπανσης για την παρουσία παράνομων χωματερών,
- ο εντοπισμός περιοχών με υποβαθμισμένη φυτική κάλυψη μπορεί να χρησιμοποιηθεί επιτυχώς από έναν μελετητή για την ταυτοποίηση πιθανών παράνομων χωματερών ακόμα και στην περίπτωση που η υπό μελέτη περιοχή είναι ιδιαίτερα μεγάλη.
Τέλος, δεδομένου ότι όλες οι γνωστές παράνομες χωματερές προσεγγίζονται από το οδικό δίκτυο, οι διαθέσιμοι οδικοί χάρτες χρησιμοποιήθηκαν για τον αποκλεισμό ορισμένων σημείων που υπήρχε η υπόνοια ύπαρξης παράνομων χωματερών, περιορίζοντας τον αριθμό των πιθανών σημείων από 2944 σε 1199. Στην εικόνα 2 παρουσιάζεται το αποτέλεσμα της ταξινόμησης στην υπό μελέτη περιοχή.
Η παρούσα έρευνα μελέτησε νέες και συνθετότερες μεθοδολογίες για την επίλυση ενός από τα πιο σημαντικά προβλήματα που απειλούν την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Η τηλεπισκόπηση εφαρμόσθηκε με επιτυχία στην ταυτοποίηση διαφόρων πιθανών σημείων παράνομης διάθεσης επικίνδυνων αποβλήτων και τα αποτελέσματα αποτελούν προϊόν ανάλυσης αεροφωτογραφιών και δορυφορικών δεδομένων, γεγονός το οποίο επέτρεψε την διερεύνηση πολύ μεγάλων περιοχών. Η σημαντικότητα της ολοκλήρωσης της τηλεπισκόπησης και των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών επαληθεύεται και από τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής, τα οποία καταδεικνύουν την ολοκληρωμένη τεχνική ως ένα ιδιαίτερα χρήσιμο εργαλείο για τη διαχείριση περιβαλλοντικών ζητημάτων.
