Η εφαρμογή της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στην ταυτοποίηση γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών στο Cameron Highlands στη Μαλαισία.
Από RemoteSensing Wiki
Application of Remote Sensing in the Identification of the Geological Terrain Features in Cameron Highlands, Malaysia
MOHAMAD ABD MANAP, MOHAMMAD FIRUZ RAMLI, WAN NOR AZMIN SULAIMAN & NORAINI SURIP
Η εφαρμογή της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στην ταυτοποίηση γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών στο Cameron Highlands στη Μαλαισία.
Αντικείμενο εφαρμογής
Το Τμήμα Μεταλλευμάτων και Γεωεπιστημών της Μαλαισίας ( Department of Minerals and Geoscience of Malaysia JMG ) εκπόνησε μία μέσης κλίμακας χαρτογράφηση γεωλογικών εκτάσεων, βασισμένη στη μεθοδολογία που έχει αναπτύξει το Geotechnical Control Office του Hong Kong. Το μοντέλο του Hong Kong επιλέχθηκε λόγω της ομοιότητας που παρουσιάζει το κλίμα της Μαλαισίας με το Hong Kong ( Zakaria & Chow 2003 ). Η χαρτογράφηση εκπονήθηκε με βάση την αξιολόγηση πέντε ιδιοτήτων, αυτών της κλίσης των πρανών, της γεωμορφολογίας, της δυναμικής εξέλιξης, της διάβρωσης και κατολισθήσεων και της κάλυψης της βλάστησης. Ο ταξινομημένος χάρτης της γεωλογικής επιφάνειας χρησιμοποιήθηκε για την επιβεβαίωση της εξέλιξης των εργασιών στην περιοχή. Η συλλογή των στοιχείων σχετικά με τη γεωλογία της περιοχής πραγματοποιήθηκε από επιτόπια έρευνα, ωστόσο θεωρήθηκε χρονοβόρα ειδικά λόγω του ότι η περιοχή έρευνας ήταν δυσπρόσιτη. Η παρούσα έρευνα έχει ως στόχο την αναγνώριση των γεωλογικών χαρακτηριστικών της περιοχής Cameron Highlands, Pahang με τη χρήση αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων Landsat.
Μελέτη της γεωμορφολογίας
Παραδοσιακά η χαρτογράφηση της γεωλογικής επιφάνειας και της τοπογραφίας μίας περιοχής γινόταν με τη χρήση τοπογραφικών χαρτών, αεροφωτογραφιών και επιτόπιας έρευνας ( Pain 1985 ). Οι αεροφωτογραφίες είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος δεδομένων δορυφορικής τηλεπισκόπησης με ευρεία εφαρμογή στα προγράμματα γεωλογικής χαρτογράφησης στη Βρετανική Κολομβία ( Slaypaker 2001 ) και τοπογραφικής χαρτογράφησης στο Hong Kong ( Dai & Lee 2002 ). Πολλοί ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει επίσης εικόνες Landsat για την ανίχνευση γεωμορφών. Η αναγνώριση πραγματοποιείται με την ανάλυση των έγχρωμων συνθέτων. Τα ψευδοχρωματικά σύνθετα: μπλε, πράσινο και κόκκινο ( με τα κανάλια 7, 5 και 4 ) παρουσιάζουν ικανοποιητική αντίθεση στην εικόνα για την ανάλυση της τοπογραφίας ( Pain 1985 ) και της γεωλογίας ( Ibrahim & Johari 1997 και Charusiri 2003 ). Το κανάλι 7 του Landsat ERTS – 1 θεωρείται το πιο αξιόπιστο για την ταυτοποίηση γεωλογικών σχηματισμών, τεκτονικών γραμμώσεων και γεωμορφολογικών σχηματισμών ( Kayan & Klemas 1978 ). Το κανάλι 5 συμπληρώνει τις πληροφορίες του καναλιού 7, με την παροχή πληροφοριών σχετικά με όρια καθιζήσεων, τεκτονικών σχέσεων μεταξύ βλάστηση και δομής, και τόνους βλάστησης μεταξύ απότομων πλαγιών και πανεπιπέδου.
Μία πιο σύνθετη τεχνική ανάλυσης από τις Principal Component Analysis PCA έχει χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση γεωλογικής και γεωμορφολογικής χαρτογράφησης. Η PCA είναι μία στατιστική τεχνική με τη χρήση πολλών μεταβλητών, σύμφωνα με την οποία επιλέγονται ασύνδετοι γραμμικοί συνδυασμοί μεταβλητών με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε επιτυχημένα επιλεγμένος γραμμικός συνδυασμός ή κύριο συστατικό PC να φέρει τη μικρότερη διαφορά ( Singh & Harison 1985 ). Η PCA μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ταυτοποίηση γυμνού εδάφους και κατολισθήσεων ( Petley et al. 2002 ).
Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο ( Digital Elevation Model ) αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο για την αναγνώριση γεωλογικών και γεωμορφολογικών μορφών ( Grover 2002 ) και αποδίδει επιπλέον πληροφορίες σε τρεις διαστάσεις καθιστώντας πιο εύκολη την ανάγνωση των χαρτών του από τον άνθρωπο, ο οποίος αντιλαμβάνεται καλύτερα τις τρεις διαστάσεις σε σχέση με τις δύο. Η χρήση των ψηφιακών υψομετρικών μοντέλων DEM σε συνδυασμό με τις εικόνες Landsat επιτρέπουν την υψηλότερη διακριτικότητα των γεωλογικών χαρακτηριστικών και μεγαλύτερη ακρίβεια στους χάρτες ( Huang & Chen 1991 ).
Η μελέτη της γεωμορφολογίας στην περιοχή έρευνας
Το πρώτο στάδιο περιελάμβανε παραγωγή του ψηφιακού υψομετρικού μοντέλου DEM από τον τοπογραφικό χάρτη, γεωμετρική διόρθωση και ενοποίηση των αεροφωτογραφιών ( mosaicking ), η οποία διαδικασία ακολούθησε της επεξεργασίας της εικόνας Landsat. Οι ψηφιοποιημένες γραμμές περιγράμματος κλίμακας 1:10.000 των τοπογραφικών χαρτών χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή του DEM με μέγεθος pixel 5m. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν δύο παγχρωματικές αεροφωτογραφίες ( με σειριακούς αριθμούς F1140 No 125 και F1140 No 126 ) οι οποίες λήφθηκαν στις 22 Φεβρουαρίου 1997 από το Department of Survey and National Mapping ( JUPEM ), με τη χρήση της Wild Universal Avioson 15 RC4 camera με μήκος εστίασης 152,79mm. Το μέσο ύψος της πτήσης ήταν στα 2780m, με 60% πλευρική επικάλυψη κλίμακας περίπου 1:20.000. Τα δεδομένα διορθώθηκαν με τη χρήση τοπογραφικών χαρτών κλίμακας 1:10.000. Στη συνέχεια ακολούθησε η διαδικασία γεωμετρικής διόρθωσης ( orthorectification ), ομογενής διανομή επίγειου ελέγχου και τέλος κυβική συνέλιξη. Δύο από τις ορθοφωτογραφίες χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή φωτογραφικού μωσαϊκού της περιοχής. Τα μωσαϊκά είναι πολύτιμα γιατί παρέχουν ευρύτερη κάλυψη από ότι οι μεμονωμένες φωτογραφίες ( Sabins 1997 ). Για την απεικόνιση Landsat χρησιμοποιήθηκαν οι μέθοδοι της γραμμικής επέκτασης ιστογράμματος και της ισοδυναμοποίησης, όπως εισηγήθηκε ο Liu το 1991. Περίπου είκοσι συνδυασμοί καναλιών δοκιμάστηκαν για τα έγχρωμα σύνθετα. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε η πρόταση του Petley et al 2001 για προσέγγιση του θέματος με Principal Component Analysis ( PCA ) με RGB 123 FCC. Η μέθοδος έχει πλεονεκτήματα τα οποία αφορούν στο ότι τα περισσότερα πολυφασματικά δεδομένα μπορούν να συμπιεστούν μέσα σε μία ή δύο PC εικόνες, ο θόρυβος μπορεί να αποσταλεί στις λιγότερα σχετικές PC εικόνες και οι φασματικές διαφορές μεταξύ υλικών μπορεί να είναι περισσότερο εμφανείς στις PC εικόνες από ότι στις μεμονωμένες ( Sabins 1997 ). Στο δεύτερο στάδιο πραγματοποιήθηκε επεξεργασία γεωμετρικής διόρθωσης εικόνων και χρήση εικόνων Landsat σε συνδυασμό με ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο DEM. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει οι γεωλογικές μορφές να είναι εμφανείς όχι μόνο από την συνήθη κάθετη οπτική γωνία αλλά και από άλλες κλίσεις, προσανατολισμούς και προοπτικές ( Miller & Wherett 2001 και Alshammari & Hayes 2002 ). Στο τρίτο στάδιο πραγματοποιήθηκε επιτόπια έρευνα για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων επεξεργασίας.
Αποτελέσματα μελέτης
Οι ψηφιακοί μορφομετρικοί χάρτες της υπό έρευνα περιοχής υπολογίστηκαν από το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο DEM. Ο χάρτης κλίσεων παρουσιάζει τις αλλαγές στο υψόμετρο και ανιχνεύει το μέγιστο ποσοστό αλλαγής στην τιμή του κάθε κελιού σε σχέση με τα διπλανά του, ενώ οι χάρτες των πτυχών την επικρατούσα διεύθυνση των πρανών που επικρατεί σε κάθε pixel. Η σκιασμένη εικόνα δίνει έμφαση στις λεπτές γεωμορφολογικές μορφές, σημαντικές για την κατανόηση της τοπογραφίας της περιοχής. Στο τρισδιάστατο μοντέλο οι ορθοφωτογραφίες έδωσαν καλύτερο αποτέλεσμα σε σχέση με τις εικόνες Landsat. Οι εικόνες Landsat με το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο DEM δεν είχαν καλό αποτέλεσμα λόγω της χαμηλής χωρικής ανάλυσης. Τα μειονέκτηματα της αεροφωτογραφίας είναι η ασπρόμαυρη απεικόνιση των στοιχείων και η χρονοβόρα αλλαγή της με το χέρι, και ότι οι πληροφορίες σχετικά με τις γεωλογικές μορφές ήταν περιορισμένες σε ένα μόνο κανάλι.
Οι αεροφωτογραφίες έδωσαν πληροφορίες για τα βασικά στοιχεία όπως το σχήμα, το μέγεθος, το σχέδιο, τον τόνο, την υφή, τις σκιές, την περιοχή, την ένωση και την ανάλυση. Επίσης ευδιάκριτα στις αεροφωτογραφίες ήταν τα υγρά σώματα όπως οι λίμνες, το ρυάκι, οι αποξηραμένες περιοχές αναγνωρίστηκαν σε συνδυασμό με στοιχεία της επιτόπιας έρευνας, τα κορήματα, οι διαβρωμένες επιφάνειες και οι κατολισθήσεις και καθιζήσεις εδαφών. Οι αεροφωτογραφίες από τις υψηλές υψομετρικά περιοχές οι μεγάλου μήκους και η στενή διαβρωμένη έκταση δεν διακρινόταν εύκολα από τις καθιζήσεις του εδάφους ( Ng et al. 2002 ).
Από τις εικόνες Landsat οι γεωλογικοί σχηματισμοί όπως οι λόφοι, τα πρανή και οι πρόποδες δεν ήταν ευδιάκριτα εκτός από το γυμνό έδαφος το οποίο ήταν πιθανά συνδεδεμένο με τις καθιζήσεις και τα υγρά σώματα. Οι χρήσεις γης ήταν ευδιάκριτες μετά από τη χρήση της ισοδυναμοποίησης για την ενίσχυση της αντίθεσης. Τα δάση προσδιορίστηκαν από το σκούρο πράσινο, τα υγρά σώματα από το μπλε και οι αστικές περιοχές με ανοιχτό μπλε. Οι Landsat εικόνες έδωσαν επίσης μία εικόνα συνοπτικής επισκόπησης η οποία είναι χρήσιμη για την αναγνώριση γεωμορφών μεγάλου μεγέθους ( Mantovani et al. 1996 ).
Στοιχεία όπως οι λόφοι, τα πρανή, οι πρόποδες, τα πανεπίπεδα, οι πλαγιές και οι πτυχές δόθηκαν από το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο DEM.
Η υφή ήταν η ίδια τόσο στις εικόνες με φίλτρα όσο και σε αυτές με χωρίς. Στο κανάλι 4 ήταν ευδιάκριτα τα υγρά σώματα και οι πιο ανοιχτόχρωμες περιοχές αντιπροσώπευαν τα γυμνά εδάφη. Το κανάλι 7 έδωσε πιο καθαρή εικόνα και προτείνεται για τον προσδιορισμό των πρανών.
Συμπεράσματα
Από την έρευνα προέκυψε ότι ο συνδυασμός αεροφωτογραφιών, δορυφορικών εικόνων και ψηφιακών υψομετρικών μοντέλων DEM είναι ένας πιθανά αξιόπιστος τρόπος για τη χαρτογράφηση γεωλογικών μορφών. Η γεωμετρική διόρθωση ( orthorectification ) και η επισύναψη εικόνων ( mosaicking ) είναι τεχνικές οι οποίες μπορούν να επιταχύνουν τη διαδικασία ερμηνείας των αεροφωτογραφιών σε σχέση με τη στερεοσκοπική τεχνική. Το πλεονέκτημα της τρισδιάστατης απεικόνισης είναι ότι είναι εφικτό οι γεωμορφές να παρουσιαστούν από οποιαδήποτε γωνία κλίσης, προσανατολισμό και προοπτική. Η χρήση αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων Landsat μπορεί να μειώσει το κόστος, το απαιτούμενο ανθρώπινο δυναμικό και τον χρόνο για την χαρτογράφηση των γεωμορφών, ενώ καθιστά εφικτή την ανίχνευση απρόσιτων περιοχών.
