Ολοκλήρωση των επίγειων και των δορυφορικών μετρήσεων για την παρακολούθηση χώρων υγειονομικής ταφής

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή: GCT 2011, Geomatics Technology in the city, First International Symposium in Saudi Arabia

Συγγραφείς:Ahmed Shaker, Kamil Faisal, Wai Yeung Yan

Λέξεις κλειδιά: Χώροι υγειονομικής ταφής απορριμμάτων, θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους, Παρακολούθηση Περιβάλλοντος

Key Words: Landfill Sites, Multi-Temporal Data, Landsat Images, Land Surface Temperature, Environmental Monitoring

Εικόνα 1: Περιοχή μελέτης (Χώροι υγειονομικής ταφής απορριμμάτων Τrail Road GM-17 και Nepean GM-2)

1. Αντικείμενο της εφαρμογής

Αντικείμενο της μελέτης είναι η έρευνα και η παρακολούθηση θέσεων διάθεσης αποβλήτων και υγειονομικής ταφής απορριμμάτων με τη χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων για τη μείωση των επιπτώσεων των αποβλήτων στο περιβάλλον και τη δημόσια υγεία.

2. Στόχος της εφαρμογής

Η έρευνα αφορά το χώρο υγειονομικής ταφής “Trail Road” στην πόλη της Οτάβα στο Οντάριο του Καναδά ( 45 ° 14 ' Ν , 75 ° 45' W) και γίνεται με σκοπό να αναλύσει και να συνδέσει τα δεδομένα που εξάγονται από δορυφορικές εικόνες με επίκεντρο τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους, LST (Land Surface Temperature), με τα στοιχεία που μετρώνται από το σύστημα παρακολούθησης του εδάφους και παρέχονται από την τοπική κυβέρνηση.

3. Ιδέα προς διερεύνηση

Η μελέτη αναζητά την ύπαρξη σχέσης μεταξύ των δεδομένων παρακολούθησης του εδάφους (στοιχεία για το έδαφος, τα υπόγεια ύδατα, το παραγόμενο από την υγειονομική ταφή μεθάνιο, καθώς και τα δείγματα εδάφους για τους χώρους γύρω από το χώρο υγειονομικής ταφής) και των πληροφοριών που προέρχονται από το δορυφόρο. Τα προκαταρκτικά ευρήματα δείχνουν ότι υπάρχει μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους (LST), και της παραγόμενης ποσότητας μεθανίου (CH4) στο χώρο υγειονομικής ταφής. Το μεθάνιο αποτελεί ένδειξη της συνέχισης της διαδικασίας αποσύνθεσης που παράγει λογική ροή θερμότητας.

Εικόνα 2: Θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους (LST)της περιοχής μελέτης, Μάιος 2008

4. Είδη δορυφόρων, δεκτών και καναλιών

Για την επαλήθευση της σχέσης μεταξύ των δορυφορικών και επίγειων μετρήσεων χρησιμοποιήθηκαν πάνω από 100 δορυφορικές εικόνες Landsat TM με πηγή τη USGS για τα έτη 1985-2010. Στη συγκεκριμένη έρευνα μελετήθηκαν 7 εικόνες Landsat ΤΜ του έτους 2008 (Απρίλιος έως Οκτώβριος). Ο συγκεκριμένος δορυφόρος είναι εφοδιασμένος με πολυφασματικά ραδιόμετρα και προσφέρει εικόνες υψηλής διακριτικής ικανότητας της επιφάνειας της Γης στο ορατό, εγγύς υπέρυθρο, υπέρυθρο μικροκυματικής ακτινοβολίας καθώς και στα κανάλια του θερμικού υπέρυθρου. Η διακριτική ικανότητα του Landsat TM είναι 30 m για τα φασματικά και πολυφασματικά κανάλια και 60 m για τα θερμικά.

5. Χρησιμότητα Καναλιών

Λόγω της ύπαρξης του θερμικού καναλιού (ΒΑΝD 6) έγινε δυνατός ο υπολογισμός της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους (LST) σε μονάδες βαθμών Κελσίου (οC)

Εικόνα 3: Θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους (LST) και θερμοκρασία του αέρα της περιοχής μελέτης, 2008

6. Προεπεξεργασίες

Εικόνα 4: Συσχέτιση μεταξύ της ποσότητας μεθανίου και της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους στη θέση GM – 2

6.1 Γεωαναφορά

Κάθε εικόνα Landsat χωρίζεται σε δύο αρχεία, λόγω των διαφορών στη διακριτική ικανότητα των καναλιών και για το λόγο αυτό για κάθε εικόνα χρησιμοποιούνται 2 αρχεία PCI Geomatics V10.1. Το πρώτο περιλαμβάνει τα κανάλια(1,2,3,4,5 και 7) ενώ το δεύτερο περιλαμβάνει το θερμικό κανάλι (ΒΑΝD 6 για Landsat TM). Μετά από κατάλληλη αποκοπή οι εικόνες προβάλλονται σε σύστημα συντεταγμένων UTM Zone 18.

6.2 Ατμοσφαιρική διόρθωση

Για την εξαγωγή των βέλτιστων αποτελεσμάτων ως προς τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους (LST), απαιτείται ατμοσφαιρική διόρθωση των εικόνων Landsat ΤΜ. Γίνεται χρήση του μοντέλου απόλυτης ατμοσφαιρικής διόρθωσης, ATCOR2 (Atmospheric Correction and Haze Reduction) που είναι ενσωματωμένο στο λογισμικό PCI Geomatics που χρησιμοποιείται. Μετά την εφαρμογή του μοντέλου ATCOR2, υπολογίζεται η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους LST για κάθε εικόνα.

7. Ανάλυση – Αποτελέσματα

Aπό την παρατήρηση των δορυφορικών εικόνων γίνεται εμφανές, ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους LST του χώρου υγειονομικής ταφής “Trail Road” είναι σταθερά υψηλότερη από τις αντίστοιχες στις γύρω περιοχές.(Εικόνα 2) Αυτό γίνεται πιο φανερό τον Οκτώβριο χάρη στη χαμηλή λόγω της εποχής θερμοκρασία του αέρα (οριακά πάνω από 5 ° C) (Εικόνα 3). Το σχήμα 4 δείχνει επίσης, ότι ανεξάρτητα από την εποχή, τα ανοικτά (ενεργά) στάδια (στάδια 3 και 4 στην Εικόνα 1) έχουν υψηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας του εδάφους LST από εκείνη των κλειστών σταδίων (στάδια 1 και 2 στην Εικόνα 1). Η μέση τιμή της LST πάνω από το χώρο υγειονομικής ταφής εξάγεται από τις επτά εικόνες Landsat, ενώ οι καταγραφές της θερμοκρασίας του αέρα προέρχονται από την ωριαία καταγραφή του καιρού στο Διεθνές Αεροδρόμιο Ottawa Macdonald - Cartier που είναι περίπου 10 χιλιόμετρα μακριά τους χώρους υγειονομικής ταφής . H LST του χώρου υγειονομικής ταφής “Trail Road”κυμαίνεται από 10,8 ° C έως 39,1 °C κατά την περίοδο από Απρίλιο έως Οκτώβριο 2008, ενώ η θερμοκρασία του αέρα κυμαίνεται από 5,5 ° C έως 28,9 ° C. Επίσης γίνεται σαφές ότι η θερμοκρασία επιφάνειας του εδάφους LST δεν εξαρτάται μόνο από τη διαδικασία αποσύνθεσης εντός του χώρου υγειονομικής ταφής, αλλά και από την εποχή. Το Σχήμα 5 δείχνει τις διαφορές της LST στο Χ.Υ.Τ.Α “Trial Road” μεταξύ των ενεργών σταδίων (στάδια 3 και 4) και των κλειστών σταδίων (στάδια 1 και 2) . Οι μετρήσεις LST των ενεργών σταδίων βρέθηκαν υψηλότερες από εκείνες των κλειστών σταδίων κατά 1,2 ° C έως 10,5 ° C. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί λόγω της αύξησης των δραστηριοτήτων της αποσύνθεσης στα στάδια 3 και 4 σε σύγκριση με τα ανώτατα όρια στα στάδια 1 και 2 , όπου η φυτοκάλυψη μειώνει την LST.

Εικόνα 5: Συσχετισμός μεταξύ της ποσότητας του μεθανίου και της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους στο GM- 17

Για τους χώρους υγειονομικής ταφής Nepean και Trail Road υπάρχει ένα ολοκληρωμένο σύστημα παρακολούθησης του εδάφους που μετράει την παραγόμενη ποσότητα μεθανίου (CH4) στο χώρο υγειονομικής ταφής, την ποιότητα των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων καθώς και οποιαδήποτε μόλυνση του εδάφους . Στη μελέτη γίνεται σύγκριση των τιμών της παραγόμενης ποσότητας μεθανίου (CH4) που καταγράφονται στο σύστημα παρακολούθησης και της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους LST που υπολογίστηκε από τις εικόνες Landsat σε δύο σταθμούς παρακολούθησης GM - 2 και GM - 17 ( βλ. σχήμα 1 για τη θέση των σταθμών παρακολούθησης ). Τα σχήματα 4 και 5 δείχνουν τη συσχέτιση μεταξύ των μετρήσεων των σταθμών GM- 2 και GM- 17 , αντίστοιχα .

8. Συμπέρασμα

Στην προσπάθεια διερεύνησης της σχέσης μεταξύ του αερίου υγειονομικής ταφής (CH4) και της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους LST, ευρήματα δείχνουν ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας του χώρου υγειονομικής ταφής είναι πάντα υψηλότερη κατά 5 ° C έως 18 ° C από τη θερμοκρασία του αέρα και η LST των ενεργών σταδίων υγειονομικής ταφής είναι πάντα υψηλότερη από των κλειστών σταδίων κατά 1 ° C έως 11 ° C . Η μεταβολή αυτών των διαφορών θερμοκρασίας εξαρτάται και από τις εποχιακές αλλαγές. Η ποσότητα του παραγόμενου μεθανίου και της επιφανειακής θερμοκρασίας του εδάφους LST, έχει άμεσα αναλογική σχέση.