Εφαρμογή της τεχνολογίας LIDAR στη Δασοπονία και στις Γεωτεχνικές Επιστήμες

Από RemoteSensing Wiki

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η μέτρηση των υψών δέντρων ή η χαρτογράφηση των μικρών εδαφικών χαρακτηριστικών, όπως οι κατολισθήσεις, είναι δύσκολη ακόμη και από το έδαφος. Στο παρελθόν, οι αεροφωτογραφίες αποδείχτηκαν χρήσιμες για αυτά τα χαρακτηριστικά, αλλά η φωτογραμμομετρία μπορεί να είναι ακριβή και τεχνικά δύσκολη για να εφαρμοστεί. Το ραντάρ με ακτίνες laser ή LIDAR, μπορεί να συλλέξει από αεροσκάφη αυτοματοποιημένες μετρήσεις της βλάστησης, του ανάγλυφου και κατασκευών.

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ LIDAR

Το αερομεταφερόμενο σύστημα LIDAR ανιχνεύει, λαμβάνει και γεωαναφέρει πολλαπλές παλμικές αναφορές από το έδαφος και τις κορυφές επιφανειών δεκάδες χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο. Το σύστημα καταγράφει τη θέση κάθε αναφοράς σε τρεις διαστάσεις με αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας ρεαλιστικής εικόνας της επιφάνειας του τοπίου (Εικόνα 1). Τα δεδομένα που εξάγονται από το LIDAR έχουν τη μορφή τρισδιάστατων απεικονίσεων ή τρισδιάστατων μοντέλων επιφανειών και εδάφους (DTM, DEM) υψηλής ακρίβειας. Η διακριτική ικανότητα των συστημάτων LIDAR είναι από 0,25 έως τα 2 μέτρα. Η οριζόντια ακρίβεια δε, είναι μεταξύ 0,5 έως 0,75 μέτρα, ανάλογα με τη κλίση του εδάφους, το υπέργειο ύψος πτήσης του αεροσκάφους και τη γωνία σάρωσης, ενώ η κατακόρυφη ακρίβεια βρίσκεται μεταξύ των 0,15 έως 0,5 μέτρων. Κατά συνέπεια το LIDAR μπορεί να αποτυπώσει τόσο τη βλάστηση, όσο και το ανάγλυφο σε βαθμό ακρίβειας που δε θα ήταν εφικτό να γίνει χωρίς τη χρήση ενός μεγάλου αριθμού συμβατικών οργάνων και μετρήσεων. Για το λόγο αυτό, η χρήση του αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο για δασοπονικές εφαρμογές (Εικόνα 2). Επιπλέον, η δυνατότητά του να αποτυπώνει χείμαρρους, ρεύματα, κατολισθήσεις και λεπτομερή εδαφικά χαρακτηριστικά, μειώνει το κόστος των γεωλογικών και μηχανικών εφαρμογών με ταυτόχρονη απόδοση πολύ μεγαλύτερης ακρίβειας σε σύγκριση με συμβατικές μεθόδους(Εικόνα 3).

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ LIDAR

Το σύστημα LIDAR έχει αποδειχθεί χρήσιμο στις παρακάτω περιπτώσεις: • Δασική Διαχειριστική: παρέχει τις μετρήσεις του ύψους και της πυκνότητας δέντρων

Εικόνα 1: Τρισδιάστατη απεικόνιση επιφάνειας με χρωματισμό των χαρακτηριστικών ανάλογα με το ύψος τους (αριστερά), και τρισδιάστατη απεικόνιση της ίδιας επιφάνειας σε συνδυασμό με αεροφωτογραφίες)

Εικόνα 2: Διαδικασία δημιουργίας ενός μοντέλου των υψών των δέντρων σε μια δασική έκταση για δασοπονικούς σκοπούς: (γ)=(α)-(β). Στην εικόνα (δ) είναι διακριτά τα όρια των συστάδων χωρίς στερεοσκοπική παρατήρηση.)

• Ανάλυση βιοτόπων: καθορίζει το δομικό στάδιο του δάσους • Μοντελοποίηση καύσιμης ύλης: καθορισμός της πυκνότητας και του ύψους βλάστησης του υπορρόφου • Εύρεση χαρακτηριστικών όπως κτήρια, εγκαταστάσεις, υποδομές και οδικό δίκτυο • Τρισδιάστατη απεικόνιση επιφανειών και εδάφους με ρεαλιστική λεπτομέρεια (Εικόνα 3). • Υδρολογική ανάλυση: εξαγωγή κλίσεων, εκθέσεων, υδρογραφικού δικτύου και υψομέτρων • Αξιολόγηση κινδύνου καθιζήσεων: αξιολόγηση της παρουσίας καθιζήσεων και αποξηράνσεων. Παρόλη την ευρεία δυνατότητα εφαρμογής του συστήματος LIDAR, υπάρχουν ωστόσο κάποια μειονεκτήματα στη χρήση του, όπως: • Η χρήση του για δασικούς διαχειριστικούς σκοπούς είναι ακριβότερη με βάση το κόστος ανά εκτάριο σε σύγκριση με τις αεροφωτογραφίες

Εικόνα 3:Σύγκριση τρισδιάστατων μοντέλων εδάφους (DEM) από LIDAR (αριστερά) και του ανάλυσης 10 μέτρων του USGS (δεξιά).

• Η ανάλυση και επεξεργασία των δεδομένων LIDAR απαιτεί εξειδικευμένες γνώσεις και λογισμικό • Αν και η δυνατότητα χρήσης του συστήματος συνεχώς αυξάνεται, ειδικά για δασικούς διαχειριστικούς σκοπούς είναι ακόμα δύσκολη η διεξαγωγή ασφαλών πρότυπων μοντέλων για την ευρεία χρήση του. • Όπου η βλάστηση είναι πολύ πυκνή (όπως στα τροπικά δάση), το εκπεμπόμενο από το LIDAR σήμα δεν μπορεί να φτάσει στο έδαφος, ενώ ακόμα και ο πυκνός υπόρροφος μπορεί να συγχυσθεί με το γυμνό έδαφος. • Συχνά το ύψος βλάστησης που υπολογίζεται από τα στοιχεία του LIDAR είναι λιγότερο από το ύψος που υπολογίζεται μέσω της φωτογραμμομετρίας και της εργασίας υπαίθρου.

Πηγή:D. Laes, R. Warnick, W. Goetz, P. Maus, 2006, ‘’LIDAR Applications for Forestry and Geosciences’’, USDA Remote Sensing Application Center, Salt Lake City, Utah, USA, Δικτυακή τοποθεσία: http://www.fs.fed.us/eng/rsac/documents/pdfs/0073-TIP1.pdf, Τελευταία επίσκεψη: 14/1/2010.