Η μηχανή GOOGLE EARTH ως πλατφόρμα τηλεπισκόπησης των υδάτινων πόρων για την παρακολούθηση των εσωτερικών υδάτων
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφέας: Carly Hansen, Postdoctoral Researcher, University of Utah
Εισαγωγή
Το Google Earth είναι το πρόγραμμα γραφικής απεικόνισης της Γης το οποίο συνθέτει εικόνες και πληροφορίες από δορυφορικές φωτογραφίες, στοιχεία GIS και από πολλές πηγές σε διάφορα στρώματα(layers). Αποτελείται από ένα αρχείο δεδομένων κλίμακας-petabyte και ένα περιβάλλον τηλεπισκοπικής ανάλυσης. Αυτή η μελέτη ερευνά την χρήση της μηχανής Google Earth για την ανάπτυξη και εφαρμογή μοντέλων για την παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτινων πόρων. Τα μοντέλα τηλεπισκόπησης είναι μία οικονομικά αποδοτική μέθοδος για τις μεγάλης κλίμακας αξιολογήσεις της ποιότητας νερού, καθώς μειώνουν το χρόνο, την προσπάθεια και τις δαπάνες ταξιδιού για την απόκτηση δειγμάτων πεδίου. Μια μελέτη εκτίμησης χλωροφύλλης στο Michigan καταδεικνύει τα οφέλη και τους περιορισμούς της χρήσης δεδομένων που βασίζονται σε ένα κατάλογο υπολογιστικού νέφους, ένα περιβάλλον προγραμματισμού και διαθέσιμων εργαλείων επεξεργασίας.
Μέθοδοι
Εμπόδια στην εφαρμογή των μοντέλων τηλεπισκόπησης
Οι διαδικασίες της λήψης, διαχείρισης, αποθήκευσης και απεικόνισης των επαρκών εικονικών δεδομένων για να αναπτυχθούν τα οπτικά μοντέλα των παραμέτρων ποιότητας νερού, λειτουργούν ως εμπόδια για πολλές επιχειρήσεις που θα ήθελαν να επωφεληθούν από ένα πρόγραμμα ελέγχου τηλεπισκόπησης.
Πολλές οργανώσεις δεν είναι κατάλληλα εξοπλισμένες με τις κατάλληλες βάσεις δεδομένων, αποθήκευσης ή υπολογιστικής ισχύος για να διαχειριστούν οπτικά δεδομένα μεγάλης χωρητικότητας.
Επιπλέον, πολλές επιχειρήσεις ποιότητας νερού , έχουν έλλειψη σε επαγγελματίες εκπαιδευμένους στην τηλεπισκόπηση , που να είναι εξοικειωμένοι με τις τεχνικές επεξεργασίας εικόνας και με το περίπλοκο λογισμικό (Εικόνα 1).
Περιπτωσιολογική μελέτη
Ο κατάλογος δεδομένων της μηχανής Google Earth και το περιβάλλον ανάπτυξης χρησιμοποιούνται στην επίδειξη των μοντέλων ανάπτυξης και εφαρμογής για το Iνδιάνικο Πρόγραμμα προστασίας της ποιότητας των επιφανειακών υδάτων στο Little Traverse Bay της Odawa(LTBB SWQPP) στο βορειοδυτικό Michigan. Αυτή η ομάδα καταδεικνύει την ανάγκη των πρόσθετων ελέγχων υδάτινων πόρων και δεν έχει κάποιο υπάρχον πρόγραμμα τηλεπισκόπησης. Έτσι αναπτύχθηκε ένα μοντέλο που χρησιμοποιεί τα δεδομένα της μέτρησης στο πεδίο σε χλωροφύλλης-α και ανακλαστικότητα από τον δορυφόρο Landsat-7 L1T τον Ιούλιο-Αύγουστο του 2007 μέσα σε περίπου 7 μέρες από την λήψη των δειγμάτων πεδίου.
Ανάπτυξη μοντέλου
Ο ακόλουθος γενικός αλγόριθμος για την ανίχνευση της χλωροφύλλης από μία μελέτη του 2004 στη Λίμνη Michigan (Τύπος 1) βαθμολογήθηκε για την περιοχή ελέγχου LTBΒ με την χρήση του περιβάλλοντος προγραμματισμού του Google Earth,
Εφαρμογή μοντέλου
Έγινε επεξεργασία με μάσκα στις εικόνες Landsat (Εικόνα 3), με την χρήση του τροποποιημένου και ομαλοποιημένου δείκτη διαφοράς νερού (MNDWI) :
MNDWI = (GREEN-MIR)/(GREEN+MIR)
Όπου Green και MIR είναι το πράσινο και το μέσο-υπέρυθρο κανάλι αντίστοιχα. Το βαθμολογημένο μοντέλο χλωροφύλλης εφαρμόστηκε στις επεξεργασμένες περιοχές. Παραδείγματα της εφαρμογής του μοντέλου φαίνονται στα σχήματα 4-5 . Κάθε βήμα, από την λήψη δεδομένων στην εφαρμογή της μάσκας και του μοντέλου, ολοκληρώνονται με την χρήση περιβάλλοντος σχεδίασης JavaScript. Οι υπολογισμοί , έγιναν ‘βαρεμένα’, ούτως ώστε οι εισαγωγές/εξαγωγές να είναι αρκετές να γεμίσουν τα προσωρινά όρια των εικόνων. Αυτό καθιστά την απεικόνιση και την πρωτοτυπία του μοντέλου πιο αποδοτική από τις παραδοσιακές μεθόδους λογισμικού.
Αποτελέσματα
Ο χωρικός χάρτης διανομής δείχνει την υψηλή διαφοροποίηση μεταξύ των λιμνών και ο χάρτης διαφορά επεξηγεί τη υψηλή χρονική μεταβλητότητα μέσα και γύρω από την περιοχή ελέγχου LTBB. Με κάποια κενά στην καταγραφή δειγμάτων , οι επιβλαβείς καταστάσεις μπορούν να περάσουν απαρατήρητες από την περιορισμένη δειγματοληψία, καθώς η ποιότητα των νερών των κοντινών λιμνών μπορεί να μην παρέχει κάποια επαρκή εκτίμηση που δεν περιλαμβάνεται στην εκστρατεία δειγματοληψίας. Μια τρέχουσα ανάλυση τηλεπισκόπησης θα μπορούσε να παρέχει της χρήσιμες χωρικές πληροφορίες καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους και κατά τη διάρκεια πολλών ετών . Επιπλέον οι εκτιμήσεις θα μπορούσαν να ληφθούν αναδρομικά με την εφαρμογή των μοντέλων ποιότητας νερού σε ιστορικές εικόνες.
Συζήτηση
Οι αντιπροσωπείες παρακολούθησης της ποιότητας του νερού , επωφελούνται από τις πολύτιμες χωρικές και χρονικές πληροφορίες που παρέχονται από τις μελέτες τηλεπισκόπησης. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της μηχανής Google Earth που εξετάζουν πολλές από τις προκλήσεις της μεγάλης κλίμακας μελετών τηλεπισκόπησης για την ποιότητα νερού , καθιστούν την εφαρμογή πιο εφικτή.
